ANALYSE FONCTIONNELLE VI- ANALYSE FONCTIONNELLE

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1 VI- 1- DÉFINITION : L'analyse fonctionnelle est une démarche qui décrit complètement les fonctions et leurs relations avec le produit. Elle consiste à recenser, caractériser, ordonner, hiérarchiser et valoriser les fonctions du produit. - Recenser : c'est déterminer et identifier les fonctions du produit. - Caractériser : c'est énoncer les critères d'appréciation, les niveaux et la flexibilité de ces fonction. - Ordonner : c'est classifier les fonctions en fonction de services et en fonction techniques. - Hiérarchiser : c'est évaluer l'ordre d'importance retenues. - Valoriser : c'est attribuer à chaque fonction un poids ou une valeur liée à son importance. EXTERNE : L'analyse fonctionnelle externe, décrit le point de vue de l'utilisateur sur le produit, sous forme de fonctions de services dans son environnement durant son cycle de vie. 2- FONCTION DE SERVICES : Une fonction est l'action d'un produit exprimée exclusivement en termes de finalité. - une fonction est formulée par un verbe à l'infinitif suivi de un (ou plusieurs complément(s). - la formulation de la fonction doit être indépendante des solutions susceptibles de la réaliser. Pour satisfaire le(s) besoin(s) d'un client, un produit doit souvent rendre plusieurs services et donc assurer plusieurs fonctions : ce sont les fonctions de services (FS). Pour identifier les fonctions de service d'un produit, on utilise un outil de description appelé ''graphe des interactions'' ou ''diagramme pieuvre'' qui permet : - d'identifier l'environnement du produit dans une situation donnée (élément du milieu extérieur en contact réel avec le produit), c'est-à-dire les interacteurs ; - d'établir les relations entre le produit et son environnement, c'est-à-dire les interactions (qui traduisent les fonctions de service). Exemple : quelles sont les relations d'une automobile avec son environnement? On se place en situation normale d'utilisation (situation de roulage). Les fonctions de services sont : FS1 : Déplacer le conducteur ; FS2 : Respecter l'environnement ; FS3 : Résister aux agressions du milieu environnant ; FS4 : Avoir une autonomie suffisante ; FS5 : Sécuriser le conducteur ; FS6 : Être agréable à l'œil ; FS7 : Être confortable ; FS8 : Avoir un prix raisonnable ; FS9 : Respecter les autres usagers et se faire respecter des autres usagers Classement par importance : Les fonctions de services peuvent être classées selon leur importance : - les fonctions principales (FP) justifient la création du produit, et qui sont en relation entre deux ou plusieurs composantes du milieu environnement par l'intermédiaire du produit. - les fonctions contraintes (FC) limitent la liberté du concepteur, qui sont des relations directe entre le produit et un élément du milieu extérieur. La fonction pour laquelle le produit a été créé est une fonction principale ou fonction de base. Un véhicule doit bien sûr, permettre de déplacer le conducteur, cette fonction met en relation le conducteur et le réseau routier, FS1 est une fonction principale (FP) puisqu'elle justifie l'existence du produit. La fonction de base d'une automobile est FS1 qui devient FP1. Consommer peu de carburant est un argument de vente primordial qui impose aux constructeurs certaines obligations (comme l'amélioration des motorisations...). Cette obligation met directement en relation le véhicule et le carburant, FS4 est une fonction contrainte (FC). 34

2 VI Classement par nature : Les fonctions peuvent également être classées par nature : - les fonctions d'usage (FU) liées à l'utilisation du produit ; - les fonctions d'estimes (FE) qui ont un impact affectif sur l'utilisateur (esthétique,...). Les fonctions ainsi définies permettent au client d'apprécier la valeur (d'usage ou d'estime) qu'il attribue au produit (valeur d'un produit) et pour lesquelles il est prêt à un sacrifice pécuniaire. Exemple : Les fonctions d'usage et d'estime d'une automobile ABS : système de freinage antiblocage : Aide à conserver la maîtrise du véhicule en cas de freinage brusque ou sur route glissant C'est une fonction d'usage. Contrôle de stabilité du véhicule : Intervient en parallèle à la direction assistée pour aider le conducteur à conserver la maîtrise de la voiture. C'est une fonction d'usage. Être agréable à l'œil. C'est une fonction d'estime Caractérisation des fonctions de service : Les fonctions ont été définies dans la phase précédente. Il est nécessaire de définir les critères d appréciation de chaque fonction, le niveau de chaque critère, ainsi que sa flexibilité. Critères d appréciation : Caractère retenu pour apprécier la manière dont une fonction est remplie ou une contrainte respectée. (Durabilité, maintenabilité, vitesse, consommation, bruit de fonctionnement, rayon d'action, etc...) Pour une même fonction, il peut y avoir plusieurs critères d'appréciation de nature différente. Niveau d un critère : Grandeur repérée dans une échelle adoptée pour un critère d appréciation d une fonction (valeur recherchée ''4,3 l pour 100 km'' ou obtenue). Flexibilité : Ensemble d indications exprimées par le demandeur sur les possibilités de moduler le niveau recherché pour un critère d appréciation. Les niveaux de flexibilités sont réparties en 4 classes : La classe de flexibilité est une indication littérale, placée auprès du niveau d'un critère d'appréciation permettant de préciser son degré de négociabilité ou d'impérativité. Flexibilité Symbole Niveau Commentaire Nulle F0 Impératif Aucun écart du critère d'appréciation n'est toléré. La performance est reconnue comme nécessaire par les Faible F1 Peu négociable spécifications. A ne remettre en cause qu'avec une très forte contrainte ou contrepartie. La performance est connue du spécificateur mais pouvant Moyenne F2 Négociable Forte F3 Très négociable être réexaminée. Le niveau peut être ajusté pour améliorer la compétitivité globale du produit. Hiérarchiser les fonctions de services consiste à attribuer à chaque fonction un ordre d'importance. Elle est quantifiée par une valeur associée à chacune des fonctions répertoriées, valeur qui traduit l'importance qu'elle aurait du point de vue de l'utilisateur. Cette valeur est ''mesurée'' à l'aide d'une échelle de notation allant de 1 à 10 répartie en cinq classes de valeur (les coûts par fonction) : 1 à 2 : Peu utile 3 à 4 : Utile 5 à 6 : Important 7 à 8 : Très important 9 à 10 : Vital 35

3 VI- 2 ème SM-B-et TCT La hiérarchisation des fonctions peut se faire à l'aide de la méthode dite de tris croisés (technique matricielle de comparaison des fonctions deux par deux). Dans cette méthode, la procédure est la suivante : 1 er - Comparer les fonctions deux par deux ; 2 éme - Faire figurer dans la case correspondante la fonction qui domaine l'autre avec un poids de 1 à 3 : - poids de 0 : non majorité ; - poids de 1 : fonction peu supérieure à l'autre ; - poids de 2 : fonction supérieure à l'autre ; - poids de 3 : fonction très supérieure à l'autre. 3 éme - Totaliser le nombre de poids obtenus par chaque fonction ; 4 éme - Calculer le pourcentage de répartition obtenu ; 5 éme - Représenter ces pourcentages sur un histogramme. Exemple : Hiérarchiser les fonctions de services de l'automobile Méthode de tris croisés Rédiger le Cahier des Charges Fonctionnelle (CdCF) Établir l'histogramme des fonctions L'histogramme ordonné D'où la rédaction du Cahier des Charges Fonctionnel (CdCF) 2.4- Définition d'un CdCF : Le Cahier des Charges Fonctionnel est un document par lequel le demandeur exprime son besoin en termes de fonctions de service. Voici un CdCF relatif au véhicule : Réaliser un véhicule de déplacement en respectant la nature et en sécurisant l'utilisateur ; Le point de vue esthétique n'a aucune importance. 36

4 VI- L'établissement du Cahier des Charges Fonctionnel, qui suppose que la définition des fonctions a été faite à partir des résultats attendus par l utilisateur est élaboré en procédant à la classification et à la hiérarchisation des fonctions. Fonction Critère Niveau flexibilité Vitesse maximale 170 km/h F3 FS1 (FP1) Temps d accélération de 0 à 100 km/h 15 s F2 Temps d accélération de 50 à 80 km/h 6 s F2 FS2 (FP2) Réduction des émissions nocives de CO 2 < 120 g/km de CO 2 F3 Réduction du bruit < 74 db F2 Système de freinage ABS 4 roues F3 FS5 (FC1) Système airbag 6 F3 Contrôle de stabilité Lié à la direction assistée F2 FS7 (FC2) Climatisation, direction assistée, confort, Automatique, orientable F3 FS3 (FC3) Résistance à la corrosion, au rayonnement 5 ans F1 FS4 (FC4) Consommation de carburant < 5 l /100 km F1 FS8 (FC5) Prix d achat DH F3 FS9 (FC6) Alarme 5 s F2 FS6 (FC7) Forme, couleur Standard F0 INTERNE : Cette analyse décrit le point de vue du concepteur en charge de fournir un produit qui répondre au Cahier des Charges Fonctionnel, c'est-à-dire, de chercher les fonctions techniques (FT) que le produit doit assurer pour que les fonctions de service puissent être remplies. Ces fonctions techniques sont élaborées par raffinement puis matérialisées par association de composant ou de constituants. Cette matérialisation constitue ce que l'on appelle les solutions constructives (technologiques) 3- IDENTIFICATION DES SOLUTIONS CONSTRUCTIVES D'UN PRODUIT : Analyse fonctionnelle interne permet en partant des résultats de l'analyse fonctionnelle externe et de répondre à la question : Comment le produit fonctionne-t-il? C'est-à-dire : Quelles sont les fonctions techniques qui assurent les fonctions de service? Les fonctions techniques sont définies par plusieurs outils. On se limitera à l'outil (FAST et SADT) FAST : diagramme de décomposition fonctionnelle (Fonctional Analysis System Technic) SADT : diagramme d'activité (Structured Analysis and Design Technic) (Voir ''Systèmes techniques'') Quels constituants (ou composants) ont été choisis pour réaliser les fonctions techniques? 3.1- Diagramme FAST : Le FAST permet de traduire chaque fonction de service en fonction(s) technique(s) puis la matérialise en solution(s) constructive(s). Le FAST se construit de gauche à droite, dans une logique du pourquoi au comment. - Grâce à sa culture technique et scientifique, l'ingénieur développe les fonctions de services du produit en fonctions techniques. Il choisit des solutions pour construire finalement le produit. - De la droite vers la gauche, la lecture du FAST permet de retrouver les fonctions qu'assure une solution. - Les liaisons entre les constituants du FAST peuvent être des liens de type ''ET'' ou ''OU''. 37

5 VI- Exemple : FAST partiel d'un aspirateur : (de la fonction Nettoyer un local) 3.2- Diagramme SADT : Le diagramme SADT est une analyse de décomposition fonctionnelle qui permet de modéliser et de décrire graphiquement des systèmes techniques. On procède par analyses successives descendantes, c'est-à-dire en allant du plus général vers le plus détaillé en fonction des besoins. L actigramme A -0 : (Voir cours ''Systèmes techniques'') Cet actigramme est le diagramme de plus haut niveau de la représentation graphique SADT, il exprime la fonction globale assurée par le système. Analyse descendante : (Cas général) Ou Chaque niveau décompose le système du niveau précédent en sous-systèmes. On doit retrouver les matières d'œuvres et les données de contrôle de chaque sous système. Exemple : SADT partiel d'un aspirateur : 38

6 VI- 4 - DÉMARCHE DE PROJET : La démarche de projet industriel est l'ensemble des actions menées par une équipe de travail pendant une période prédéfinie pour réaliser un produit ou le modifier (moteur hybride d'une voiture, modification de la taille d'un téléphone portable,...) afin de répondre au besoin d'un client. Le client peut être un particulier, un autre industriel... A chaque phase on peut associer un outil d expression de l analyse fonctionnelle. 1 Recherche du besoin fondamental : Bête à cornes 2 Recherche des fonctions de services : Pieuvre 3 Recherche de solutions technologiques : FAST 4 Analyse descendante : Diagramme SADT Cette démarche se traduit dans le milieu scolaire par la réalisation d'un mini-projet qui : - Permet la mise en œuvre des savoirs et savoir-faire acquis pendant l'année ; - Initie au travail de groupe dans le cadre d'activités de création ; - Communiquer au sein d'un groupe de travail ; - Organiser son travail, en groupe et individuellement ; - Rendre compte de son travail par écrit et oralement ; - Répondre à une problématique ; - Valider une réalisation simple Les principales étapes du mini-projet : La conduite du mini-projet se fait autour de cinq étapes essentielles. Étape 1 : l'analyse du CdCF, qui spécifie le besoin et les attentes du client. Cette étape permet de découvrir le produit étudié et de cerner le problème à résoudre. Étape 2 : les recherches documentaires, qui vont permettre de répondre au problème posé. Étape 3 : la recherche de solution, qui est la phase constructive du mini-projet. Étape 4 : la réalisation où il s'agit de mettre en œuvre les solutions retenues. Étape 5 : la validation finale, qui sert de bilan et doit montrer les écarts entre les solutions retenues et les attentes du client. 5- CHAÎNE FONCTIONNELLE : "Schéma-bloc" La chaîne fonctionnelle est l ensemble des constituants nécessaires pour réaliser une fonction de service. Elle se caractérise par un agencement en forme de chaîne allant du capteur à l effecteur. Elle est formée par : Une chaîne d énergie : Pour assurer leurs fonctions, beaucoup de produits présentent une architecture commune nécessitant une alimentation en énergie, qu'ils doivent distribuer et convertir avant de la transmettre. La chaîne d'énergie est chargée d'apporter en bonne quantité et sous la forme adaptée, avec un minimum de pertes, au bon endroit et au bon moment, l'énergie nécessaire à l'action voulue. Une chaîne d information : La tendance des produits à se complexifier est naturelle : progrès technologiques et soucis permanent de l'homme de se soulager des tâches pénibles ou répétitives conduisent souvent à l'automatisation des produits. Une chaîne d'information doit alors être associée à la chaîne d'énergie. Acquérir, traiter, communiquer sont les trois maillons de la chaîne d'information, chargée de piloter avec maximum d'efficacité la chaîne d'énergie, à partir de grandeurs physiques acquises sur celle-ci, et de consignes données par l'utilisateur. 39 Description de l'organisation du produit en chaînes "schéma bloc"

7 VI- Représentation d'une chaîne d'énergie et d'information Fonctions génériques, flux d'énergie et composants Fonctions génériques, flux d'information et composants 40

8 VI- 2 ème SM-B-et TCT Exemple de constituants assurant les fonctions techniques dans une chaîne d énergie Énergie Électrique // Hydraulique // Pneumatique Énergie électrique Énergie mécanique Énergie disponible pour agir sur l'effecteur Source d'énergie Alimenter Distribue Convertir Transmettre CHAÎNE D'ÉNERGIE Sources d alimentation Préactionneurs Actionneurs Adaptateurs Réseau ONE Distributeur Moteur à courant Poulie courroie alternatif Groupe électrogène Distributeur Moteur à courant continu Pignon chaîne Pile Contacteur Moteur thermique Système vis écrou Batterie Relais Vérin Engrenages Compresseur variateur Électrothermie Accouplement EX1- En phase de démarrage, la voiture à système hybride puise exclusivement son énergie dans la batterie. En ajustant la tension, l'unité de contrôle fait le lien vers le moteur électrique qui entraine la voiture grâce à la transmission. Retrouver les constituants des quatre maillons de la chaîne d'énergie du système hybride. 41

9 VI- 2 ème SM-B-et TCT Exemple de constituants assurant les fonctions techniques dans une chaîne d information Grandeurs physiques et consignes Images informationnelles Informations traitées CHAÎNE D'INFORMATION Acquérir Traiter Communiquer Informations destinées à d'autres systèmes et aux interfaces H/M Éléments d'acquisition Éléments de traitement Interfaces ou liaisons Capteurs analogiques : Circuits logique câblés Interface : homme/machine Anémomètre machine/machine Capteurs détecteurs : Capteur de luminosité Ordinateurs Clavier Automates programmables Liaisons de transmission EX 2- L'écran numérique tactile, c'est un véritable outil de dialogue homme/machine, qui permet au conducteur d'une voiture d'observer le flux d'énergie décrit exercice 1. Il permet également la commande des systèmes audio, de téléphone, de navigation par satellite et de climatisation. Cette dernière est automatique : elle régule la température au degré près. Un capteur (sonde de température) recueille la température de l'habitacle, la mise en marche du système de climatisation est ordonnée si un écart est constaté avec la température consignée par le conducteur. Élément de corrigé Ex 1- Les constituants de la chaîne d énergie du système hybride sont les suivants. Fonction Alimenter Fonction Distribuer Fonction Convertir Fonction Transmettre - Batterie - Réservoir d essence - Unité de contrôle - Moteur thermique - Moteur électrique - Transmission (roues motrices) EX 2- La fonction communication est assurée par l écran lui-même pour transmettre des messages (ou signaux) à destination du conducteur. Il s agit d un écran tactile qui permet à l utilisateur de fournir des consignes par une simple pression du doigt sur la face sensible de l écran. 42