Cours 1 TSI1 TSI2. Introduction aux métiers de l ingénieur et formation en CPGE Cycle 1: Communication technique Durée : 3 semaines X

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1 Cours 1- Rôle de l ingénieur dans l entreprise La plus part d entre vous intégrerons une école d ingénieur à la fin des deux années de classe préparatoire. L ingénieur aujourd hui intervient lors de toutes les étapes du cycle de vie d un projet (cf Figure 1 : Cycle de vie d un produit). Il est confronté aux problématiques de coûts, de délais, d impact environnemental ainsi que de qualité. Les tâches qui lui sont conférées peuvent ne concerner qu une seule phase du cycle de vie d un produit ou plusieurs (exemple : gestion de projet dans toutes les phases). Cours 1 TSI1 TSI2 Introduction aux métiers de l ingénieur et formation en CPGE Exemple 1 : Phase de développement (cf Figure 2 : Cycle en V) Figure 1 : Cycle de vie d un produit Innovation de produit, rédaction du cahier des charges / appel d offre / choix de l architecture du produit / modélisation de l architecture du produit, rédaction du cahier des charges et choix de détail du produit / modélisation et simulation des différentes parties d un produit puis comparaison avec le cahier des charges, suivi de la réalisation d un prototype, essais des sous-ensembles / comparaison avec le cahier des charges, intégration des sous-ensembles du produits / essais de l ensemble du prototype / comparaison des performances avec le cahier des charges X Période Cycle 1: Communication technique Durée : 3 semaines X Figure 2 : Cycle en V de développement ou de conception d un produit (source : Ministère de l enseignement supérieur et de la recherche) Lycée Jules Ferry de Cannes Page 1 sur 9 TSI1

2 Exemple 2 : Phase d usage d un produit Lors de l usage d un produit l ingénieur peut intervenir suite à problème inattendue sur un produit ou tout simplement lors du remplacement d une partie du produite suite à une usure normale ou afin de supporter l utilisateur du produit. Exemple 3 : Gérer un projet de développement ou un programme de fabrication Lors de ces deux activités l ingénieur est amené à gérer les délais, les coûts, l impact environnemental et la qualité du produit. NB : ces exemples ne sont pas exhaustifs et les activités peuvent variées suivant les entreprises Les lecteurs voulant avoir plus d informations sur les métiers de l ingénieur afin de raffiner l objectif de son projet professionnel pourront rechercher dans des moteurs de recherche en associant le mot clef ingénieur au mot clef achat / production / qualité / support client / maintenance / méthodes / projet / planification / logistiques / développeur / sécurité / hygiène sécurité et environnement / environnement. Aujourd hui plus que jamais la communication est l élément essentiel du fonctionnement des entreprises, en effet : Les systèmes complexes pluri techniques (comportant des parties électriques, mécaniques ) nécessite la coopération de spécialistes de différents corps de métiers (informatiques, électroniques, mécaniques ). Les échanges d informations entre les personnels intervenant dans les différentes phases du cycle de vie du produit sont récurrents. Les délais de mise sur le marché et la prévention des problèmes pouvant survenir lors des différentes étapes du cycle de vie du produit à posteriori du développement du produit (fabrication, usage, transport, fin de vie) pousse aujourd hui les entreprises à adopter une logique non séquentielle des phases (développement, fabrication, usage). Cela consiste en un chevauchement de ces différentes phases qui peut se faire qu en usant d outils et de méthodes permettant la communication au sein de l entreprise (cela s appelle l ingénierie concourante). 2- Position de la formation de la matière Sciences Industrielles de l Ingénieur en CPGE Le programmes de Sciences industrielles de l Ingénieur de CPGE et les méthodes de travail permettront de vous préparer à ces différents défis auxquels vous serez confronté lorsque vous serez stagiaire ingénieur dans un premier temps (pendant le cycle d école d ingénieur) puis lorsque vous travaillerez en tant qu ingénieur. Les études de systèmes complexes pluri techniques, le travail en équipe et l utilisation d outils de communications vous permettront de développer les compétences et les savoirs ainsi attendu qui seront ensuite approfondies lors du cycle d école d ingénieur. Lycée Jules Ferry de Cannes Page 2 sur 9 TSI1

3 Cours Cours 2 TSI1 TSI2 X Période Cycle 1: Communication technique Durée : 3 semaines X Les produits industriels doivent avant toutes autres choses répondre aux besoins d un client ou du moins à un service qui sera rendu par le produit. Afin de formaliser le besoin du client, de modéliser la structure du système, ainsi que les échanges entre les différentes parties du produit on peut utiliser différents outils. Dans le programme de Sciences Industrielles de l Ingénieurs de CPGE le SYSML (System Modeling Langage) a été choisi car il permettra à tous les acteurs des projets de systèmes complexes de pouvoir s exprimer et de se comprendre. En effet ce langage graphique est simple d appropriation et suffisamment développé pour pouvoir être utilisé par tous sortes de spécialiste pour des produits complexes. Ces diagrammes SYSML sont utilisable dans différentes phase du cycle de développement (définition du besoin, choix de l architecture, choix du détail) mais ils sont également utile lors des autre phases du cycle de vie d un produit (usage, maintenance et fin de vie), ils seront utilisés en CPGE afin d analyser des systèmes complexes. Analyser permet de comprendre le fonctionnement et à justifier l architecture d un produit industriel. Cela permettra au travers des activités expérimentales et des activités dirigées d acquérir une culture des solutions techniques, ce qui permettra ensuite de s approprier tout système nouveau. Analyser Modéliser Résoudre Expérimenter Concevoir Réaliser Communiquer A1 Identifier le besoin et appréhender les problématiques Savoirs faires associés Décrire le besoin, Présenter la fonction globale, Identifier les domaines d'application, les critères technicoéconomiques, Identifier les contraintes, Qualifier et quantifier les exigences (critères, niveaux), Identifier et caractériser les fonctions de service A2 Définir les frontières de l analyse Savoirs faires associés Définir les éléments influents du milieu extérieur Identifier les contraintes Isoler un système et justifier l isolement Définir les limites et les contraintes choisies ou imposées A3 Appréhender les analyses fonctionnelles fonctionnelle et structurelle Savoirs faires associés Déterminer les constituants dédiés aux fonctions d'un système et en justifier le choix, Identifier les architectures fonctionnelles et structurelles. Identifier la nature des flux échangés (Matière, énergie, information) traversant la frontière d'étude, Préciser leurs caractéristiques (variable potentielle, variable flux), Identifier et décrire les chaînes d'information et d'énergie d'un système, Identifier les constituants réalisant les fonctions : acquérir, traiter, communiquer, alimenter, distribuer, moduler, convertir, transmettre et agir, Identifier la nature et les caractéristiques des flux échangés, Vérifier l homogénéité et la compatibilité des flux entre les différents constituants Lycée Jules Ferry de Cannes Page 3 sur 9 TSI1

4 Qu'est-ce qu'un système? Définition : Un système est un ensemble d'éléments, en interaction dynamique, organisés en fonction d'un but. Exemples de systèmes : le système solaire, le système nerveux, un système automatisé,... Le dernier exemple est un système physique créé par les hommes dans un but précis : c'est un système technologique. Les systèmes technologiques sont en relation avec leur environnement. Dans un système, il ne suffit pas de connaître tous les éléments du système pour connaître le système. Il faut aussi appréhender les relations entre les composants afin de déterminer le fonctionnement global. Il est souvent nécessaire de décomposer un système en sous-systèmes élémentaires afin d appréhender la complexité du système global. Exemple : Un véhicule électrique de l entreprise TESLA (Figure 3) est un système complexe, constitué de sous-systèmes comme le système de direction, de freinage, la transmission La compréhension globale de ce système passe par la description détaillée de tous les sous-systèmes le constituant. Habitacle et châssis Train avant (roues, frein, amortisseurs) Batteries Figure 3 : décomposition d une TESLA S en sous-système Train arrière (roues, frein, amortisseurs, moteur, différentiel et réducteur) 1. A3 Appréhender les analyses structurelles et fonctionnelles a. Appréhender la structure d un système Pour comprendre le fonctionnement d un système il faut commencer par identifier les différentes parties matérielles où logicielles qui composent ce système. Le diagramme de définition de block bdd du langage SYSML permet de représenter la décomposition du système concerné en sous-système. Il convient de trouver un compromis entre la finesse de la décomposition et la synthèse de la décomposition suivant le besoin pour lequel on créer ce diagramme (détailler la décomposition jusqu à la moindre vis ne sera pas nécessaire si on veut montrer une vue sommaire du système global, cela pourra être utile dans d autre cas). Lycée Jules Ferry de Cannes Page 4 sur 9 TSI1

5 2 Flèche signifiant que le train avant est composé de 2 roues et de deux freins Exemple d un bloc élémentaire de motorisation avec des valeurs indiquées : Caractéristiques de l unité de motorisation dans Values Méthode pour appréhender la structure d un système: Identifier des sous-systèmes et les décomposés à la finesse requise b. Appréhender les fonctions des sous-systèmes ainsi que les flux transitant entre eux Afin d analyser comment les différentes parties du système interagissent entre-elles, on peut commencer par établir la chaîne d énergie et d information de sous-système fonctionnel, un exemple est représenté ci-dessous concernant le système de régulation de vitesse (Système permettant à la voiture d aller à la vitesse demandé par le conducteur). + roue Lycée Jules Ferry de Cannes Page 5 sur 9 TSI1

6 Méthode pour appréhender la structure fonctionnelle et identifier les flux entre les différents composants : Etablir la chaîne d énergie : Identifier les différents sous-systèmes qui procurent (transmettre et/ou adapter) le mouvement Identifier le convertisseur qui converti une puissance électrique ou chimique (moteur électrique ou hydraulique, vérin électrique ou hydraulique) Identifier l élément de stockage ou de distribution qui permet d alimenter en énergie (batterie, transformateur ) Identifier entre le composant réalisant la fonction Alimenter et la fonction Convertir l élément permettant de moduler la puissance (carte électronique, hacheur, ou carte de puissance) Relier les différents blocs réalisant les différentes fonctions entre eux Etablir la chaîne d information : Identifier les différents composants qui permettent d acquérir les informations données par le conducteur Identifier les sous-systèmes réalisant la fonction Restituer (Afficheur ) Identifier les sous-systèmes réalisant la fonction Traiter (microcontrôleurs ) Etablir les liens entre la chaîne d énergie et d information Le composant réalisant fonction Traiter permet de donner des informations au système réalisant la fonction Moduler afin de fournir la puissance nécessaire, lier les deux. La plus part des systèmes étudier en CPGE sont asservi ou réguler, c est-à-dire qu ils comportent au moins une boucle qui permet de comparer le réel à la consigne. Dans le cas d étude, le microcontrôleur compare la valeur mesuré de la vitesse par le capteur réalisant la fonction Acquérir à la consigne de vitesse donnée par l utilisateur. Relier ces différents composants en prélevant l information de vitesse sur la chaîne d énergie. Le diagramme de bloc interne IBD permet également d appréhender les flux transitant entre les différents soussystèmes. Contrairement à la chaîne d énergie et d information on ne parle pas de bloc fonctionnel et structurel mais seulement de bloc structurel. Ce diagramme est donc plus dur à construire et nécessite une bonne connaissance des systèmes complexes. Ci-dessous est représenté le diagramme des blocs internes du système de régulation de vitesse de la TESLA S. Port indiquant le sens du flux d énergie bidirectionnel Bloc structurel Un flux d énergie est échangé entre le différentiel et les roues Port indiquant le sens de l information On retrouve les mêmes sous-systèmes que dans la chaîne d énergie et d information sauf que les éléments graphiques sont normalisés. On aurait peut noter dans la chaîne d énergie le fait que la batterie peut se recharger en freinage en indiquant un flux bidirectionnel par une double flèche. Méthode pour appréhender les flux entre les différentes parties d un système avec l IBD : Idem chaîne d énergie et d information. Lycée Jules Ferry de Cannes Page 6 sur 9 TSI1

7 c. Positionnement dans le cycle en V de développement Figure 2 : Cycle en V de développement (pour une vue agrandit page 1) Etapes d utilisation des diagrammes structurels de définition de block et de définition de block interne à des fins de communication. Ces étapes formalisent les propositions et / ou les choix de solutions techniques permettant de répondre au cahier des charges préalablement élaboré. 2. A1 Identifier le besoin et appréhender les problématiques a. Formaliser l identification du besoin Avant de choisir les solutions techniques il faut identifier le besoin et formaliser cela, le diagramme d exigence SYSML Req (pour Requirement) est utilisé. La fonction principale ou exigence principale se trouve alors décomposée en plusieurs exigences. Symbole indiquant la décomposition de l exigence «Déplacer des personnes» en exigence «Normes» Symbole indiquant que l exigence de performance est précisée par l exigence d accélération Symbole indiquant que l exigence de régulation de vitesse est vérifiée par le système de régulation de vitesse Lycée Jules Ferry de Cannes Page 7 sur 9 TSI1

8 b. Appréhender les problématiques pour identifier le besoin Avant de formaliser le besoin il convient d abord d appréhender les problématiques un diagramme peut aider c est le diagramme SYSML de contexte, il permet d identifier les acteurs et éléments environnants au système étudié. Le système est symbolisé par un rectangle. Tous les éléments environnant au système sont représentés à l extérieur. Le diagramme des cas d utilisation uc (Use Case), permet de formaliser les différentes fonctionnalités du système ainsi que leurs interactions avec les différents acteurs. Cas d utilisation Acteur Signifie que la voiture peut se déplacer si les batteries ont été rechargées c. Positionnement dans le cycle en V de développement Ces trois diagrammes sont utilisés lors de ces étapes, il convient d utiliser dans un premier temps le diagramme de contexte puis le diagramme des cas d utilisation et afin le diagramme des exigences afin de ne rien oublier. Figure 2 : Cycle en V de développement (pour une vue agrandit page 1) Lycée Jules Ferry de Cannes Page 8 sur 9 TSI1

9 3. Utilisation des modèles SYSML pour caractériser des écarts Durant vos deux années de CPGE vous serez amené à adopter la démarche de l ingénieur, qui est représenté sur la figure 4. Exigences Pour cela il faudra se référer constamment au cahier des charges qui est exprimé dans les diagrammes d exigences. Figure 4 : Démarche de l ingénieur On retrouve ces écarts sur la figure 1 ci-dessous. Figure 1 : Cycle en V de développement Lycée Jules Ferry de Cannes Page 9 sur 9 TSI1