CI-1 : Analyser et décrire les systèmes industriels Germain Gondor LYCÉE CARNOT (DIJON), 2015-2016 Correction Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 1 / 77
Sommaire 1 Sèche-mains Dyson AirBlade 2 Segway 3 Store SOMFY 4 Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 2 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Sommaire 1 Sèche-mains Dyson AirBlade Présentation Diagramme des cas d utilisation Diagramme de contexte 2 Segway 3 Store SOMFY 4 Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 3 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Présentation Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 4 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Présentation L association de la technologie Airblade et du tout dernier moteur numérique Dyson permet de générer des rideaux d air à grande vitesse. Le sèche-mains Dyson Airblade Mk2 offre la méthode de séchage des mains la plus rapide. Il est équipé d un filtre HEPA. Ainsi 99,9 % des bactéries et virus présents dans l air des sanitaires sont capturés. Les mains sont donc séchées par un air plus propre, et non par un air vicié. Q - 1 : Compléter les rectangles du diagramme de cas d utilisation. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 5 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme des cas d utilisation uc [Paquet] Airblade [Cas d utilisation] Airblade Utilisateur Sécher les mains Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 6 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme des cas d utilisation uc [Paquet] Airblade [Cas d utilisation] Airblade Utilisateur Sécher les mains Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 7 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 2 : Compléter les rectangles du diagramme de contexte bdd Contexte du Airblade [diagramme de contexte] «external» «external» «system» «external» Air vicié «external» Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 8 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 2 : Compléter les rectangles du diagramme de contexte bdd Contexte du Airblade [diagramme de contexte] «external» Prise électrique «external» Sanitaires «system» Sèche main «external» Air vicié «external» Mur de fixation Utilisateur Technicien Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 9 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 3 : Citer quatre exigences nécessaires à l élaboration du cahier des charges fonctionnel Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 10 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 3 : Citer quatre exigences nécessaires à l élaboration du cahier des charges fonctionnel Sécher les mains Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 10 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 3 : Citer quatre exigences nécessaires à l élaboration du cahier des charges fonctionnel Sécher les mains se fixer au mur Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 10 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 3 : Citer quatre exigences nécessaires à l élaboration du cahier des charges fonctionnel Sécher les mains se fixer au mur s adapter à l énergie disponible Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 10 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 3 : Citer quatre exigences nécessaires à l élaboration du cahier des charges fonctionnel Sécher les mains se fixer au mur s adapter à l énergie disponible limiter les nuisances sonores Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 10 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 3 : Citer quatre exigences nécessaires à l élaboration du cahier des charges fonctionnel Sécher les mains se fixer au mur s adapter à l énergie disponible limiter les nuisances sonores se nettoyer facilement Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 10 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 3 : Citer quatre exigences nécessaires à l élaboration du cahier des charges fonctionnel Sécher les mains se fixer au mur s adapter à l énergie disponible limiter les nuisances sonores se nettoyer facilement confort d utilisation (ergonomie) Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 10 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte La fabrication du tout dernier moteur numérique Dyson a duré sept ans, il est l un des plus petits moteurs de 1600 W entièrement intégrés au monde. Il est le seul moteur de sèche-mains assez puissant pour aspirer jusqu à 30 litres d air en une seconde à travers un filtre HEPA, puis sécher les mains en 10 secondes. D une longue durée de vie et économisant l énergie, ce moteur à impulsions numériques tourne 6 000 fois par minute pour entraîner une rotation de la turbine haute compression de 90 000 tours par minute. Il n est composé que de trois pièces en mouvement, ce qui évite l usure de bagues collectrices ou de balais de charbon. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 11 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 4 : Etablir un diagramme de définition de blocs (bdd) du seche-mainse Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 12 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 13 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Q - 5 : Compléter les rectangles du diagramme de blocs internes de l ensemble moteur. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 14 / 77
Sèche-mains Dyson AirBlade Diagramme de contexte Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 15 / 77
Segway Sommaire 1 Sèche-mains Dyson AirBlade 2 Segway Diagramme de contexte Diagramme des cas d utilisation Diagramme des exigences Diagramme de définition de blocs Diagramme de blocs internes 3 Store SOMFY 4 Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 16 / 77
Segway Segway Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 17 / 77
Segway Le véhicule auto-balancé Segway est un moyen de transport motorisé qui permet de se déplacer en ville. En terme de prestations, il est moins rapide qu une voiture ou qu un scooter mais plus maniable, plus écologique et moins encombrant. La conduite du Segway se fait par inclinaison du corps vers l avant ou vers l arrière, afin d accélérer ou freiner le mouvement (comme pour la marche à pied dans laquelle le piéton s incline vers l avant pour débuter le mouvement). Les virages à droite et à gauche sont quant à eux commandés par la rotation de la poignée directionnelle située sur la droite du guidon (voir photographies ci-dessous). Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 18 / 77
Segway La spécificité de ce véhicule est d avoir deux roues qui ont le même axe de rotation, et son centre de gravité situé au-dessus de l axe commun des roues, si bien qu on se demande comment rester à l équilibre une fois monté sur la plate-forme : Tout comme le cerveau permet à l individu de tenir debout sans tomber grâce à l oreille interne, le système comporte un dispositif d asservissement d inclinaison, maintenant la plate-forme du véhicule à l horizontale ou encore la barre d appui, supposée orthogonale à cette plate-forme, à la verticale. Le Segway comporte à cet effet des capteurs et des microprocesseurs commandant les deux moteurs électriques équipant les deux roues. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 19 / 77
Segway La structure du véhicule est constituée des éléments principaux suivants : d un chariot (châssis + 2 roues uniquement), transportant le conducteur, de deux moto-réducteurs ou groupe de propulsion entraînant les roues (un par roue), de deux codeurs incrémentaux (un par roue) mesurant la vitesse de rotation des roues, d un ensemble constitué d un gyromètre et d un pendule délivrant une information sur l angle d inclinaison du châssis par rapport à la verticale et sur sa dérivée, d un calculateur élaborant, à partir des informations issues des capteurs, les consignes de commande des groupes moto-réducteurs. de batteries fournissant l énergie aux divers composants. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 20 / 77
Segway Mouvement angulaire Gyromètre pendule Chariot Couple moteur Énergie électrique Batteries Énergie électrique Écart à la verticale Consigne de commande Groupe propulsion (Actionneur et système de transmission de mouvement) Mouvement de rotation Vitesse de rotation Codeur incrémental (capteur) Calculateur Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 21 / 77
Segway Q - 1 : Donner les diagrammes de contexte, de cas d utilisation, d exigence, de définition de bloc et de bloc interne du système. Q - 2 : Compléter le cahier des charges suivant : FS 1 FS 2 FS 3 FS 4 Permettre au conducteur de se déplacer aisément dans un milieu urbain Donner au conducteur une sensation de stabilité Rester insensible aux perturbations provenant du sol Rester manoeuvrable dans la circulation Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 22 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS FS1 Vitesse 0-20 km/h ± 2 km/h FS2 Accélération et décélération en fonctionnement normal Distance maximale d arrêt 1,5 m.s 2 minimum 3 m à 20 km/h ± 10 cm Mode de marche avant et arrière impératif Autonomie 20 km ± 2 km Temps de réponse de 0 à 5 km/h incli- Dépassement naison Inclinaison du châssis par rapport à la verticale 1 s maximum 30% maximum nulle en régime permanent ± 1 Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 23 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE FS3 CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Hauteur de la marche de trottoir franchissable à 5 km Perturbations dues à la route, nature du sol (pavés, franchissement d un trottoir,... ) 5 cm maximum plage de fréquence de 0 à 300 Hz ± 10 Hz FS4 Dérapage aucun minimum Basculement aucun aucun Vitesse Rayon 0 km/h 0 m 5 km/h 0,5 m 10 km/h 2,5 m 20 km/h 10 m mi- du valeurs nimales rayon Rayon de virage admissible Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 24 / 77
Segway Q - 1 : Donner les diagrammes de contexte, de cas d utilisation, d exigence, de définition de bloc et de bloc interne du système. Q - 2 : Compléter le cahier des charges suivant : FS 1 FS 2 FS 3 FS 4 Permettre au conducteur de se déplacer aisément dans un milieu urbain Donner au conducteur une sensation de stabilité Rester insensible aux perturbations provenant du sol Rester manoeuvrable dans la circulation Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 25 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 26 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE FS1 CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Vitesse 0-20 km/h ± 2 km/h Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 26 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE FS1 CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Vitesse 0-20 km/h ± 2 km/h Accélération et décélération en fonctionnement normal 1,5 m.s 2 minimum Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 26 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE FS1 CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Vitesse 0-20 km/h ± 2 km/h Accélération et décélération en fonctionnement normal Distance maximale d arrêt 1,5 m.s 2 minimum 3 m à 20 km/h ± 10 cm Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 26 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE FS1 CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Vitesse 0-20 km/h ± 2 km/h Accélération et décélération en fonctionnement normal Distance maximale d arrêt 1,5 m.s 2 minimum 3 m à 20 km/h ± 10 cm Mode de marche avant et arrière impératif Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 26 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE FS1 CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Vitesse 0-20 km/h ± 2 km/h Accélération et décélération en fonctionnement normal Distance maximale d arrêt 1,5 m.s 2 minimum 3 m à 20 km/h ± 10 cm Mode de marche avant et arrière impératif Autonomie 20 km ± 2 km FS2 Temps de réponse de 0 à 5 km/h incli- Dépassement naison Inclinaison du châssis par rapport à la verticale 1 s maximum 30% maximum nulle en régime permanent ± 1 Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 26 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 27 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE FS3 CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Hauteur de la marche de trottoir franchissable à 5 km Perturbations dues à la route, nature du sol (pavés, franchissement d un trottoir,... ) 5 cm maximum plage de fréquence de 0 à 300 Hz ± 10 Hz Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 27 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE FS3 FS4 CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Hauteur de la marche de trottoir franchissable à 5 km Perturbations dues à la route, nature du sol (pavés, franchissement d un trottoir,... ) 5 cm maximum plage de fréquence de 0 à 300 Hz ± 10 Hz Dérapage aucun minimum Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 27 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE FS3 FS4 CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Hauteur de la marche de trottoir franchissable à 5 km Perturbations dues à la route, nature du sol (pavés, franchissement d un trottoir,... ) 5 cm maximum plage de fréquence de 0 à 300 Hz ± 10 Hz Dérapage aucun minimum Basculement aucun aucun Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 27 / 77
Segway FONCTIONS DE SERVICE FS3 FS4 CRITÈRES NIVEAUX FLEXIBILITÉS Hauteur de la marche de trottoir franchissable à 5 km Perturbations dues à la route, nature du sol (pavés, franchissement d un trottoir,... ) 5 cm maximum plage de fréquence de 0 à 300 Hz ± 10 Hz Dérapage aucun minimum Basculement aucun aucun Vitesse Rayon 0 km/h 0 m 5 km/h 0,5 m 10 km/h 2,5 m 20 km/h 10 m mi- du valeurs nimales rayon Rayon de virage admissible Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 27 / 77
Segway Diagramme de contexte Diagramme de contexte Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 28 / 77
Segway Diagramme de contexte Diagramme de contexte bdd [Mod?le] Segway [ Contexte du Segway ] Version Acad?mique pour Professeur Seulement Le D?veloppement Commercial est strictement interdit Conducteur «external» Route «system» Segway parts : Codeur incr?mental : Chariot : Dispositif de mesure d'inclinaison [1] : Batterie : Calculateur : Groupe de propulsion : Poignee : Roue «external» Milieu urbain «external» Intemp?ries Version Acad?mique pour Professeur Seulement Le D?veloppement Commercial est strictement interdit Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 29 / 77
Segway Diagramme des cas d utilisation Diagramme des cas d utilisation Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 30 / 77
Segway Diagramme des exigences Diagramme des exigences Point de vu utilisateur Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 31 / 77
Segway Diagramme des exigences Diagramme des exigences Point de vu utilisateur req [Mod?le] Segway [ Exigence ] Version Acad?mique pour Professeur Seulement «functionalrequirement» Le D?veloppement Commercial est strictement interdit D?placement Id = "1" Text = "D?placer l'utilisateur en position debout avec s?curit?" Version Acad?mi Le D?veloppeme «functionalrequirement» Motricit? Id = "1.3" Text = "Permettre? l'utilisateur de se d?placer suivant son intention" «requirement» «functionalrequirement» Inclinaison S?curit? Id = "15" Id = "1.2" «refine» Text = "Nulle? convergence" Text = "Assurer la stabilit? en permanence" «derivereqt» «requirement» Manipulation intuitive Id = "5" Text = "La commande doit?tre naturelle pour les r?flexes humains" «refine» «refine» «requirement» «refine» Performances «requirement» «requirement» Id = "1.3.1" Temps de r?ponse D?passement d'inclinaison Text = "Assurer des performances convenables Id = "13" Id = "14" pour ce type de Text = "1 s de 0? 5 km/h" Text = "D?pacement d?placement" d'inclinaison inf?rieure? 30%" Version «refine» Acad?mique pour Professeur Seulement Le D?veloppement «refine» Commercial est strictement interdit «performancerequirement» Vitesse Id = "9" Text = "Plage de vitesse 0-20km/h" «performancerequirement» Acceleration Id = "10" Text = "1,5 m/s? mini" «performancerequirement» Distance d'arr?t Id = "12" Text = "3 m? 20 km/h" Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 32 / 77
Segway Diagramme des exigences Diagramme des exigences Adaptation au milieu urbain Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 33 / 77
Segway Diagramme des exigences Diagramme des exigences Adaptation au milieu urbain req [Mod?le] Segway [ Exigence suite ] Version Acad?mique pour Professeur Seulement Le D?veloppement Commercial est strictement interdit «requirement» Conditions meteorologiques Id = "16" Text = "Le syst?me doit?tre insensible aux conditions m?t?orologiques" «requirement» Manoeuvrabilite Id = "18" Text = "Etre facilement manoeuvrable " «derivereqt» «physicalrequirement» Etancheite Id = "17" Text = "Les?lements sensibles doivent?tre isol?s de l'environnement par?tanch?it?" «refine» «performancerequirement» Rayon de virage mini Id = "19" Text = "? 5 km/h: 0,5 m? 10 km/h: 2.5 m? 20 km/h: 10 m" Version Acad?mique pour Professeur Seulement Le D?veloppement Commercial est strictement interdit Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 34 / 77
Segway Diagramme de définition de blocs Diagramme de définition de blocs Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 35 / 77
Segway Diagramme de définition de blocs Diagramme de définition de blocs bdd [Mod?le] Segway [ BDD ] Version Acad?mique pour Professeur Seulement «block» Batterie Le D?veloppement Commercial est strictement interdit «block» Gyrometre «block» Pendule 1 1 0..1 0..1 «block» Codeur incr?mental «block» Chariot full ports p1 «block» Dispositif de mesure d'inclinaison 1 0..1 0..1 0..1 0..1 «system» Segway 0..1 0..1 0..1 «block» Poignee «block» Calculateur «block» Roue 0..1 «block» Groupe de propulsion parts : Variateur : Motoreducteur 2 0..1 «block» Motoreducteur 2 0..1 «block» Variateur Version Acad?mique pour Professeur Seulement Le D?veloppement Commercial est strictement interdit Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 36 / 77
Segway Diagramme de blocs internes Diagramme de blocs internes Segway Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 37 / 77
Segway Diagramme de blocs internes Diagramme de blocs internes Segway ibd [System] Segway [ Segway ] Version Acad?mique pour Professeur Seulement Le D?veloppement Commercial est strictement interdit : Chariot Energie transmise au conducteur Energie?lectrique temporaire : Batterie Consigne de direction : Poignee Consigne transmise Energie m?canique Energie?lectrique disponible Inclinaison? mesurer : Calculateur : Dispositif de mesure d'inclinaison [1] Inclinaison mesur?e Ordre de commande : Groupe de propulsion : Variateur : Motoreducteur Version Acad?mique pour Professeur Seulement Le D?veloppement Commercial est strictement interdit : Codeur incr?mental Vitesse de rotation mesur?e Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 38 / 77
Segway Diagramme de blocs internes Diagramme de blocs internes Chariot Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 39 / 77
Segway Diagramme de blocs internes Diagramme de blocs internes Groupe propulsion Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 40 / 77
Store SOMFY Sommaire 1 Sèche-mains Dyson AirBlade 2 Segway 3 Store SOMFY Présentation Chaîne fonctionnelle Diagramme des exigences 4 Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 41 / 77
Store SOMFY Présentation Store SOMFY Le store présenté permet de protéger automatiquement une terrasse du soleil grâce à une centrale de commande: le store se déroule dès que l intensité lumineuse atteint un niveau élevé ; il s enroule dès que le vent se lève ou dès que la luminosité devient faible. Deux capteurs "fin de course" détectent les positions haute et basse du store. L utilisateur peut également intervenir de façon manuelle sur son fonctionnement, cependant la présence du vent est analysée en priorité pour assurer la sécurité. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 42 / 77
Store SOMFY Présentation Q - 1 : Donner le contexte du système. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 43 / 77
Store SOMFY Présentation Q - 1 : Donner le contexte du système. Le système est utilisé dans un milieu privé (habitation), à l extérieur, avec un raccordement possible au réseau électrique. Il doit être autonome mais l utilisateur (un adolescent, un vieillard,... ) doit pouvoir l actionner manuellement. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 43 / 77
Store SOMFY Présentation Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 44 / 77
Store SOMFY Chaîne fonctionnelle Q - 2 : Quels sont les éléments de la partie commande et de la partie opérative? Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 45 / 77
Store SOMFY Chaîne fonctionnelle Q - 2 : Quels sont les éléments de la partie commande et de la partie opérative? Partie commande anémomètre Capteur solaire fin de course Unité centrale Partie opérative moteur frein réducteur store Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 45 / 77
Store SOMFY Chaîne fonctionnelle Q - 2 : Quels sont les éléments de la partie commande et de la partie opérative? Partie commande anémomètre Capteur solaire fin de course Unité centrale Partie opérative moteur frein réducteur store Q - 3 : Donner la fonction de chacun de ses éléments Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 45 / 77
Store SOMFY Chaîne fonctionnelle Q - 2 : Quels sont les éléments de la partie commande et de la partie opérative? Partie commande anémomètre Capteur solaire fin de course Unité centrale Partie opérative moteur frein réducteur store Q - 3 : Donner la fonction de chacun de ses éléments Q - 4 : Compléter le diagramme fonctionnel suivant : Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 45 / 77
Store SOMFY Chaîne fonctionnelle Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 46 / 77
Store SOMFY Chaîne fonctionnelle Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 47 / 77
Store SOMFY Diagramme des exigences req [requirement] Cahier des charges [Exigences techniques et fonctionnelles] «requirement» exigence globale Id = "1" Text = "La terrasse doit être protégée automatiquement du soleil" «requirement» exigence fonctionnelle Id = "1.1" Text = "Les rayons du soleil doivent être bloqués" «requirement» exigence technique Id = "1.2" Text = "le système doit décider de façon autonome." «requirement» exigence technique Id = "1.3" Text = "Le store doit être actionné par le système" «satisfy» «requirement» environnement Id = "1.2.1" Text = "l environnement doit être connu" «requirement» début et fin de déroulement Id = "1.2.2" Text = "la position du store doit être connue" «requirement» mise en mouvement Id = "1.3.1" Text = "Le store doit être mis en mouvement" «requirement» maintient en position Id = "1.3.2" Text = "Le store doit être maintenu en position" «satisfy» «satisfy» «satisfy» «satisfy» «satisfy» «satisfy» «satisfy» «satisfy» «satisfy» «block» store «block» anémomètre «block» capteur solaire «block» pluviomètre «block» unité centrale «block» capteur fin de course «block» moteur «block» réducteur «block» frein Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 48 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Sommaire 1 Sèche-mains Dyson AirBlade 2 Segway 3 Store SOMFY 4 Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Présentation du système Analyse fonctionnelle des freins d appontage Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 49 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Présentation du système Le dispositif étudié est implanté sur le porte-avions Charles de Gaulle dont la capacité d embarquement est de 40 aéronefs. Pour respecter des cadences très rapides de décollage et d appontage, 3 pistes sont disposées sur le pont supérieur, 2 destinées au décollage et une à l appontage. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 50 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Présentation du système L organisation spatiale du pont supérieur d un porte-avions est entièrement dédiée aux avions. Seul un espace limité situé sur tribord et au tiers avant est occupé par l îlot de la passerelle. Le reste de la surface est occupé par les pistes et les parkings. La première piste de décollage est disposée sur le tiers avant et centrée, la deuxième sur la moitié arrière et déportée sur bâbord (à gauche). Des raisons de sécurité imposent que les extrémités de pistes ne puissent pas être encombrées ; pour ce faire, la première se termine au ras de la pointe avant, et la deuxième au ras du décrochement latéral. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 51 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Présentation du système La piste d appontage est située sur la moitié arrière, elle est légèrement oblique (8,5 ) et se termine comme la deuxième piste de décollage au ras du décrochement latéral. Le reste de la surface du pont est consacré aux parkings, aux zones de circulation et aux arrivées des ascenseurs qui assurent le transfert des avions et du matériel vers les hangars situés sur un pont inférieur. Malgré les dimensions du pont d envol (environ 260 m de long et 65 m de large), les longueurs des pistes sont très réduites, (environ 70 m pour celles du décollage et 100 m pour celle d appontage). Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 52 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Présentation du système Les avions embarqués sont des avions de chasse de type : Super Etendard, Rafale Marine, Hawkeye. Leur masse au décollage est de 12 à 25 tonnes suivant les modèles (charge + carburant), celle à l appontage est 8 à 20 tonnes (retour avec très peu de carburant). La vitesse de décollage est de l ordre de 250 km/h et celle d appontage de 220 km/h. Pour obtenir de telles variations de vitesse sur des distances de pistes aussi courtes, il faut développer des efforts bien plus importants que ceux que peuvent assurer les freins propres à l avion. Ces derniers sont conçus pour des atterrissages sur pistes d aéroport, longues de quelques milliers de mètres. Atterrir fait donc appel à des systèmes spécifiques destinés à assurer ces efforts, ce sont les freins d appontage, objets de cette étude. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 53 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Présentation Le principe général des freins d appontage est simple: L avion est muni d un bras appelé crosse qui accroche un câble tendu en travers du pont. Ce câble est lié à un système hydromécanique qui transforme l énergie cinétique de l avion en énergie hydraulique. Une vanne de laminage permet de dissiper une partie de cette énergie. Le complément d énergie est accumulé dans un système oléopneumatique et réutilisé pour remettre le système en configuration initiale. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 54 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Analyse fonctionnelle des milieux extérieurs L analyse du cas d utilisation conduit au diagramme donné figure. Le système étudié freins d appontage est en relation avec les acteurs suivants : l avion, le porte avions, le pilote et le chef de pont. Le système doit satisfaire à un certain nombre d exigences, dont quelques unes sont précisées sur le diagramme des exigences. Par exemple, la distance d arrêt de l avion doit être inférieure ou égale à 100 m et la décélération maximale de l avion ne doit pas dépasser la décélération moyenne de plus de 30%. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 55 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage uc [Model] Frein d appontage [Appontage] Airblade Pilote Chef de pont Freiner l avion de l appontage Reconfigurer le système Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 56 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Analyse fonctionnelle des milieux extérieurs req [Mod?le] Frein appontage[ cahier des charges ] «requirement» Arr?ter l'avion Id = "1" Text = "Le frein d'appontage doit arr?ter l'avion dans de bonnes conditions" «refine» «refine» «requirement» Distance d'arr?t Id = "1.1" Text = "Limiter la distance d'arr?t? moins de 100m" «requirement» Contr?le des acc?l?rations Id = "1.2" Text = "Le rapport de l'acc?l?ration maximale sur l'acc?l?ration moyenne ne doit pas exc?der 1.3" Id = "2" Text = "???" «requirement»??? «requirement» Reconfiguration Id = "4" Text = "Temps de reconfiguration inf?rieur? 2 minutes" «refine» «refine» Id = "2.1" Text = "Entre 8 et 20 tonnes" «requirement» Masse des avions? l'appontage «requirement» Vitesse? l'appontage Id = "2.2" Text = "Entre 200 et 250 km/h" Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 57 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage L extrait de Cahier des Charges Fonctionnel, volontairement donné incomplet, est traduit sous la forme de la table des exigences ci-dessous. Q - 1 : Identifier l expression des exigences numérotées 2 et 3. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 58 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Exigence Arrêter l avion Capter l énergie cinétique de l avion FIGURE: Rafale Marine crosse sortie accrochant le brin. FIGURE: Hawkeye à l appontage. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 59 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage L avion est muni d un bras appelé crosse d appontage situé sous le fuselage à l extrémité arrière (figure 1). Ce bras est déployé au moment de l appontage et permet au crochet qui équipe son extrémité de saisir l un des trois brins d appontage. Les brins d appontage sont des câbles tendus en travers du pont et en début de piste d appontage (figures 1 et 2). Ces brins sont maintenus à une dizaine de centimètres au-dessus du pont par des arceaux. Leurs deux extrémités sont liées aux câbles principaux qui véhiculent l énergie vers le frein hydromécanique. Les brins sont distincts des câbles principaux car ils s usent très vite et doivent être changés fréquemment. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 60 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Adapter l énergie mécanique L énergie est transportée par les câbles principaux et est adaptée (réduction de la course et amplification de l effort) par un double moufle, l un pour le câble bâbord, l autre pour le câble tribord (figure 2). Le système de moufle est implanté sur un pont intermédiaire situé juste au-dessous du pont d appontage. Un ensemble de poulies de renvoi, non complètement représenté, permet de passer du plan horizontal dans lequel se déplace le brin (plan parallèle au pont), au plan vertical dans lequel se trouvent les poulies du moufle. Ce moufle est constitué par deux ensembles de poulies à axes fixes et deux ensembles de poulies à axes mobiles. Chacun de ces ensembles comporte un groupe de 9 poulies de diamètre d b sur lesquelles s enroule le câble bâbord, et un groupe de 9 poulies de diamètre d t sur lesquelles s enroule le câble tribord. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 61 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Protéger l avion Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 62 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 63 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Immédiatement après la traversée de pont, les câbles passent sur des amortisseurs dits à poulie dont le but est de lisser les surtensions et d assurer les reprises de mous dus aux effets dynamiques résultant du choc de la crosse d appontage sur le brin. Malgré ces amortisseurs à poulie, des ondes longitudinales de tension se propagent le long des câbles. Pour absorber ces ondes, des amortisseurs d ancrage sont montés, comme leur nom l indique, aux extrémités des câbles, au niveau des points d ancrage sur la structure du bateau. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 64 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Convertir l énergie mécanique en énergie hydraulique Un vérin hydraulique nommé presse de freinage transforme l énergie mécanique en énergie hydraulique. Le fluide utilisé est un mélange éthylène-glycol en phase liquide supposé incompressible. Le corps de la presse est fixe, et porte l ensemble de poulies à axes fixes du moufle. Le piston est mobile, et porte l ensemble de poulies à axes mobiles du moufle. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 65 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Dissiper l énergie en contrôlant l effort de freinage Une vanne de laminage permet de dissiper la majorité de l énergie, l énergie résiduelle étant envoyée vers un accumulateur. Un échangeur thermique refroidi par une circulation d eau de mer permet de maintenir la température du fluide hydraulique à une valeur voisine de 50 et en tout état de cause inférieure à 70. Pour éviter d endommager la structure de l avion et pour préserver la santé du pilote, il est nécessaire de contrôler les efforts de freinage appliqués à l avion. Pour cela, la section de passage de la vanne de laminage est adaptée en fonction de la masse et vitesse à l appontage de l avion et de sa position sur la piste. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 66 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage La commande de la vanne de laminage est réalisée à partir d un ensemble de deux leviers sur lesquels agissent une came et un vérin électrique. La came est entraînée par l équipage mobile de la presse par l intermédiaire d un câble, elle permet de corriger l ouverture de la vanne en fonction de la position de l avion. Le vérin électrique permet au Chef de pont de régler la position de la vanne en fonction de la masse et la vitesse d appontage de l avion. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 67 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Vanne de laminage Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 68 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Schéma cinématique de la vanne de laminage Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 69 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Q - 2 : Compléter le diagramme de définition de bloc en reliant les blocs sous forme hiérarchique (le niveau hierarchique le plus élevé étant le bloc "Frein d appontage"). Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 70 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 71 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 72 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Q - 3 : Compléter le diagramme de description interne du frein d appontage en précisant les flux d énergie traversant le système. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 73 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 74 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Q - 4 : Compléter le diagramme de description interne du frein d appontage en ajoutant le système de réglage du freinage et en précisant les flux d information pilotant le système. Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 75 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 76 / 77
Frein d appontage du porte-avions Charles De Gaulle Analyse fonctionnelle des freins d appontage ibd [Block] Frein d'appontage[ Frein d'appontage ] Energie cin?tique : Brin et crosse d'accrochage Energie m?canique : Mouffle Position avion : Ensemble m?canique : Amortisseurs Vibrations Energie m?canique : Presse hydraulique Energie hydraulique : Vanne de dissipation Energie Thermique : Pointeau : Echangeur thermique Eau Froide Eau chaude : Syst?me de r?glage du freinage : Came R?glage chef de pont : V?rin?lectrique : Leviers R?glage pointeau Sciences de l Ingénieur (MPSI - PCSI) Td : Analyser et décrire les systèmes Année 2015-2016 77 / 77