ETUDE DES SYSTEMES FONCTION GLOBALE. Matière d œuvre INFORMATIONNELLE. Tâches élémentaires :

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1 I. Présentation générale des systèmes I.1. Système technique - produit ETUDE DES SYSTEMES Une étude de marché faite auprès d une population d utilisateurs permet de recenser un certain nombre de besoins qui restent à satisfaire totalement ou partiellement. Un système technique est un ensemble technique conçu pour répondre à un besoin. Un produit est ce qui est fourni à l'utilisateur pour répondre à ce besoin. Il existe ainsi plusieurs façons de satisfaire un besoin : - immédiatement par un produit existant ; - après reconception ou modification d un produit existant ; - après conception complète d un nouveau produit. Le produit peut être de nature diverse : matière première, produit manufacturé, énergie, information, service,... I.2. Matière d'œuvre, valeur ajoutée, fonction globale Le système technique assure une fonction globale en opérant sur une ou plusieurs matières d'œuvre afin de créer une valeur ajoutée. La fonction est un verbe à l'infinitif, c'est une action exprimée en terme de finalité. La matière d'œuvre (M.O.) est l'élément d'entrée sur lequel s'exercent les activités du système. La valeur ajoutée (V.A.) est la valeur supplémentaire apportée à la matière d'œuvre par l'activité du système. L utilisateur parle d un produit en terme de service rendu, le technicien peut définir le produit par rapport à son action sur une matière d œuvre. Cette dernière peut être de trois types : FONCTION GLOBALE MATERIELLE INFORMATIONNELLE ENERGETIQUE Tâches élémentaires : Transformer, assembler, déplacer transporter, stocker, Tâches élémentaires : Transformer, calculer, traiter, communiquer, stocker, mémoriser, Tâches élémentaires : Transformer, convertir, transporter, distribuer, stocker, Exemples de produits : Matière premières : Minerai de fer, bois, Matières transformées : Barre de fer, carton, lait, papier, Articles manufacturés : Pièces mécaniques, sacs plastiques, automobiles, ordinateurs, gâteaux, Exemples de produits : Information créée ou mise en forme (journal, livre, film, ) Information traitée (surveillance de trafic aérien, ) Information distribuée ou reproduite (Minitel, photocopieur, ) Exemples de produits : Energie distribuée en réseau (électricité, essence, gaz, ) Energie distribuée par lot (piles, bouteilles de gaz, ) 1/9

2 I.3. Quelques critères d'appréciation / qualité On regroupe généralement les caractéristiques de la qualité d un produit en deux catégories selon qu elles tiennent à l état du produit ou à l usage que l on en fait. QUALITE : aptitude d un produit à satisfaire les besoins des utilisateurs. La fiabilité caractérise l'aptitude d'un système à fonctionner sans incidents pendant un temps donné. La maintenabilité traduit la probabilité de remettre un système en état de marche après un dysfonctionnement quelconque. La durée de vie d'un produit ou durabilité, est la durée de fonctionnement potentielle. Le coût global de possession d un produit inclus le prix de vente, le coût d utilisation, le coût d entretien et le coût de destruction éventuelle. II. Classification Les systèmes techniques peuvent être de nature très diverse et différentes disciplines peuvent s'interpénétrer : l'automatique, l'informatique, la mécanique, l'électronique, l'électrotechnique,... Plus le système est complexe, plus les disciplines concernées sont nombreuses. On peut distinguer principalement trois catégories de produits industriels : o les produits d usage courant (grande diffusion) dans lesquels on trouve l'électroménager, la domotique, la distribution, l'automobile,... ; o les produits finis destinés à l équipement d entreprises pour produire des biens matériels ou des services : les systèmes automatisés de production, regroupant le conditionnement, la manutention, l'assemblage, la mise en forme, le contrôle,... ; o les produits intermédiaires destinés à être intégrés dans un ensemble (roulement, joints, mais aussi boîtes de vitesse, régulateurs, disques durs ) III. Architecture d un système pluritechnique III.1. Modèle général Caractéristiques d un produit : - caractéristiques techniques ; - performances ; - esthétique. Caractéristiques d usage d un produit : - fiabilité ; - maintenabilité ; - durabilité ; - Sécurité d emploi ; - Coût global de possession. La fonction globale de tout système pluritechnique étudié en S.I.I. est d apporter une valeur ajoutée à un flux de matière, de données (informations) et (ou) d énergie. Pour chacun de ces trois types de flux, un ensemble de procédés élémentaires de stockage, de transport et (ou) de traitement est mis en œuvre pour apporter la valeur ajoutée au(x) flux entrant(s). On peut distinguer au sein des systèmes pluritechniques deux chaînes, l une agissant sur les flux de données, appelée chaîne d information, l autre agissant sur les flux de matières et d énergies, appelée chaîne d énergie. Données entrantes Chaîne d information Données sortantes Energies entrantes Matières entrantes Interface Chaîne d énergie Energies sortantes Matières sortantes 2/9

3 III.2. Fonctions génériques Aux chaînes d information et d énergie, on peut en général associer les fonctions suivantes : Grandeurs physiques à acquérir Informations issues d autres systèmes et interfaces H/M ACQUERIR Chaîne d information TRAITER COMMUNIQUER Informations destinées à d autres systèmes et interfaces H/M Matière d oeuvre ordres Energies d entrée ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE ACTION Pertes énergétiques Chaîne d énergie + Valeur ajoutée III.3. La chaîne d énergie La chaîne d énergie, associée à sa commande, assure la réalisation d une fonction dont les caractéristiques sont spécifiées dans le cahier des charges des charges fonctionnel. Repérable sur la plupart des produits et systèmes de notre environnement et des milieux industriels, elle est constituée des fonctions génériques : Alimenter, Distribuer, Convertir, Transmettre qui contribuent à la réalisation d une action. Energies d entrée Energie électrique, pneumatique, hydraulique Energie distribuée Ordres Energie mécanique, pneumatique, hydraulique Alimenter Distribuer Convertir Transmettre Energies disponibles pour l action demandée par le cahier des charges Prise réseau, raccord réseau, pile, batterie, accumulateur, Contacteur, relais, variateur, distributeur, Machines asynchrones, à courant continu, vérins, Assemblage démontable, guidage en rotation, en translation, accouplement, embrayage, limiteur de couple, frein, poulies courroies, engrenages, systèmes vis-écrou, transformateurs plans, Les actionneurs permettent l'exécution de tâches opératives. En général, l'énergie issue de la chaîne d information n'est pas suffisante pour être utilisable directement par les actionneurs. Le rôle du préactionneur est alors de distribuer ou non une énergie importante en attente, sous l'action d'une énergie de commande plus faible. 3/9

4 Relais électrique Distributeur pneumatique La fonction des actionneurs, est de convertir une énergie de puissance provenant du préactionneur en une énergie adaptée à l'exécution de la tâche à effectuer. Vérin Moteur électrique Le transmetteur adapte l énergie issue de l actionneur à l effecteur. Ce dernier est l'élément terminal de la chaîne d énergie. Il agit directement sur la matière d'œuvre en vue de lui apporter une valeur ajoutée. Pince pneumatique Réducteur III.4. La chaîne d information La chaîne d information permet : d acquérir des informations : o sur l état d un produit ou de l un de ses éléments (en particulier de la chaîne d énergie), o issues d interfaces homme/machine ou élaborées par d autres chaînes d information, o sur un processus géré par d autres systèmes (consultation de bases de données, partage de ressources,...), de traiter ces informations ; 4/9

5 de communiquer les informations générées par le système de traitement pour réaliser l assignation des ordres destinés à la chaîne d énergie ou (et) pour élaborer des messages destinés aux interfaces homme/machine (ou à d autres chaînes d information). Grandeurs physiques, consignes Images informationnelles utilisables Informations traitées Ordres, messages Acquérir Traiter Communiquer Capteurs TOR, Capteurs analogiques, Capteurs numériques, Interfaces homme / machine, Systèmes numériques d acquisition de données. Matériels : - Automates programmables ; - Ordinateurs ; - Microcontrôleurs ; - Modules logiques programmables ; - circuits de commande câblés, Logiciels : - Ateliers logiciels, - Éditeur de modèles de commande avec générateur de code, - Commandes TOR, - Interfaces homme/machine, - Liaisons utilisant le mode de transmission série, - Liaisons utilisant le mode de transmission parallèle, - Réseau Ethernet - Bus capteurs/actionneurs, Le capteur a pour fonction d'acquérir l'information sous forme logique, numérique ou analogique. Capteur de force Potentiomètre rotatif Thermistance L unité de traitement est le plus souvent dans l'industrie une carte électronique, un automate programmable industriel (API) ou un P.C. industriel. C'est un ensemble électronique qui gère et assure la commande du système automatisé. Automate programmable 5/9

6 Exemple : scooter électrique Peugeot Equipement électrique Fourche avant Amortisseur arrière Châssis Motorisation Béquille CHARGEUR Capteur Equipement électrique Hacheurs Stop Carte UC Clignotants Contacts Poignée AD C U.C.E. BATTERIES Tableau de bord Phare Feux arrières Capteur Vitesse MOTEUR Potentiomètre 6/9

7 Transmission de la puissance Roue arrière Moteur moteur Poulies-courroie crantée moteur Capteur vitesse secondaire Engrenage Capteur vitesse secondaire Frein de sortie Roue arrière cannelé Ecrou Nylstop de sortie Frein Composants et Circuit puissance Secteur 230V 50Hz Chargeur embarqué Présence Secteur Sécurité Clé de contact KM + B + AC Circuit données conducteur Circuit ordres Circuit grandeurs physiques à acquérir Circuit informations conducteur et Sécurité routière Capteur vitesse F1 M Bat. 18V Prise charge Opt. T T Prise diag. Carte U.C. 7 voyants Logomètre Hacheur Cde Bruiteur Protect. Court-cir. Bruiteur Hacheur Excitation ALP 13V eff. CLIGN. 13V eff./1hz Feu Stop Béquille Selle Frein Accélé. Clavier 6 touches Tableau de bord Schéma électrique 7/9

8 DONNEES CONDUCTEUR (Béquille, Selle, Frein, Accélérateur, Clavier, Bruiteur Contact, Eclairage, Clignotants) ACQUERIR Energie de charge Secteur 230V, 50Hz Capteurs Clavier, Ordre - Commande chargeur Chaîne d information TRAITER U.C. COMMUNIQUER Commandes TOR bruiteur, Ordres - Commande inducteur - Commande Induit - Sécurité - Informations conducteur - Informations Sécurité routière. (Clignotants, Eclairage, Feu stop Voyants tableau de bord Bruiteur) Grandeurs physiques à acquérir - Courant Moteur - Courant Chargeur - Tension Batteries - Information vitesse - Présence Secteur. Personne(s) au lieu initial DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE CHARGER STOCKER Pertes Hacheur Moteur Poulies courroie ACTION énergétiques Chargeur Batteries Engrenage ALIMENTER Frein Chaîne d énergie Roue motrice IV. Structure des systèmes automatisés Personne(s) au lieu final La structure du système définit les différents constituants qui le composent. C'est un agencement de modules élémentaires, réalisant chacun une fonction bien particulière, permettant d'aboutir à la fonction globale du système. Homme Consignes Informations Partie commande Ordres Comptes rendus Partie opérative Action Finalité du système Milieu extérieur : - énergie, - information, - déchets Un Système Automatisé est composé de trois parties : o la Partie Commande (P.C.) ; o la Partie Opérative (P.O.) ; o le Pupitre (ou Partie Relation). La P.C. assure le fonctionnement de la P.O., elle gère le déroulement des opérations à réaliser en fonction d'informations issues de la P.O. et du pupitre. La P.O. est en général mécanisée, c'est elle qui agit sur la matière d'œuvre. Le Pupitre permet de dialoguer avec le système, c'est à dire lui donner des consignes et recevoir des comptes rendus sur son état. 8/9

9 V. Chaîne fonctionnelle (ou axe) d un système automatisé Une chaîne fonctionnelle est un sous-ensemble d un système automatisé. Elle permet de réaliser une des fonctions élémentaires (transférer, réguler, positionner, maintenir, transformer, ) participant à la réalisation de la fonction globale du système. Partie Commande Energie Gérer Agir Consignes Informations Communiquer Traiter Adapter Partie Opérative Acquérir Autres organes + Valeur ajoutée Une chaîne fonctionnelle comporte en général : o la chaîne d action, du traitement à son effet ; o la, ou les, chaîne(s) d acquisition : chaîne d acquisition d information(s) sur le produit ou le processus (souvent appelée chaîne de retour) ; chaîne d acquisitions d informations extérieures (consignes de l opérateur, messages transmis par une autre partie commande) ; o la partie traitement de la chaîne fonctionnelle, qui traite les informations des chaînes d acquisition pour élaborer les ordres à destination de la chaîne d action. Chaîne d action Matière d oeuvre Module de sortie(s) Transmettre les ordres Ordre d action Pré actionneur Gérer l énergie Energie modulée en vue de l action Actionneur Convertir l énergie Energie mécanique Effecteur Opérer sur le produit Traitement Unité de traitement Traiter les informations Module de dialogue(s) Communiquer avec : - opérateurs - autres PC Module d entrée(s) Adapter les informations Capteur(s) Acquérir et transmettre l information Grandeur amplifiée, codée représentative de la grandeur physique à mesurer Grandeur physique à mesurer Information(s) source Chaîne d acquisition + Valeur ajoutée 9/9