CI-5 Objectifs A la fin de la séquence de révision, l élève doit être capable de: A1 Identifer le besoin et les exigences Décrire le besoin Traduire un besoin fonctionnel en exigences Présenter la fonction globale (Définir les domaines d application, les critères technico-économiques) Identifier les contraintes Identifier et caractériser les fonctions Qualifier et quantifier les exigences (critère, niveau) A2 Définir les frontières de l analyse Isoler un système et justifier l isolement Définir les éléments influents du milieu extérieur Identifier la nature des flux échangés (matière, énergie, information) traversant la frontière d étude A3 Appréhender les analyses fonctionnelle et structurelle Analyser les architectures fonctionnelle et structurelle Identifier les fonctions des différents constituants Repérer les constituants dédiés aux fonctions d un système Identifier et décrire la chaîne d information et la chaîne d énergie du système Identifier les liens entre la chaîne d énergie et la chaîne d information Identifier les constituants de la chaîne d information réalisant les fonctions acquérir, coder, communiquer, mémoriser, restituer, traiter Identifier les constituants de la chaîne d énergie réalisant les fonctions agir, alimenter, convertir, moduler, transmettre, stocker Analyser - Communiquer Vérifier l homogénéité et la compatibilité des flux entre les différents constituants Identifier la nature et les caractéristiques des flux échangés Identifier et interpréter les modèles des constituants du système Interpréter tout ou partie de l évolution temporelle d un système B2 Proposer un modèle de connaissance et de comportement Représenter tout ou partie de l évolution temporelle Décrire et compléter un algorithme représenté sous forme graphique F1 Rechercher et traiter des informations Extraire les informations utiles d un dossier technique Effectuer une synthèse des informations disponibles dans un dossier technique Vérifier la nature des informations Trier les informations selon des critères Distinguer les différents types de documents en fonction de leurs usages F2 Mettre en œuvre une communication Choisir les outils de communication adaptés par rapport à l interlocuteur Choisir l outil de description adapté à l objectif de la communication Décrire le fonctionnement du système en utilisant un vocabulaire adéquat Table des matières 1 Introduction 2 1.1 SysML : Pourquoi?........................................................................ 2 1.2 SysML : Qu est-ce?....................................................................... 2 1.3 SysML : ses avantages...................................................................... 3 2 des exigences (req) 4 3 s structurels 5 3.1 de définition de blocs (bdd)............................................................. 5 3.2 de blocs internes (ibd)................................................................ 6 3.3 Chaînes fonctionnelles...................................................................... 7 3.4 Représentation d une chaîne fonctionnelle............................................................ 8 4 s comportementaux 10 4.1 des cas d utilisation (uc)............................................................... 10 4.2 de séquence (sd)................................................................... 10 4.3 Le diagramme d états....................................................................... 12 4.4 Le diagramme d activités..................................................................... 15 5 Les structures algorithmiques de base 17 5.1 L affectation............................................................................ 17 5.2 Le groupe ou bloc d instructions................................................................. 17 5.3 Fonctions et procédures...................................................................... 17 5.4 La structure alternative (conditionnelle)............................................................. 18 5.5 Les structures répétitives (itératives)............................................................... 18 GERMAIN GONDOR
1. INTRODUCTION 2/19 1 Introduction 1.1 SysML : Pourquoi? Dans un système complexe, les flux de matière, d énergie ou d information (MEI) échangés entre les composants, les relations orientées ou non et les bouclages ne permettent pas de décrire un système simplement sous la forme d un texte ou d un discours et l utilisation d un support graphique devient rapidement indispensable. En conséquence, la représentation la mieux adaptée pour décrire un système complexe est nécessairement graphique. La présence de niveaux hiérarchiques nécessite souvent un assemblage de représentations graphiques organisées par niveaux et par points de vue. Ainsi, l analyse fonctionnelle d un système technique se base traditionnellement sur l utilisation de différentes méthodes, auxquelles sont associés plusieurs outils adaptés pour les différents secteurs d activité. Ces outils, bien que très performants chacun dans leur domaine, sont trop disparates pour donner une vision globale cohérente du système étudié, ce qui rend l analyse très difficile. Par ailleurs, leur appropriation par des non-spécialistes est le plus souvent ardue, car nécessitant un socle de connaissances conséquent. L idée est donc née au début des années 2000 d unifier les langages de modélisation. Cette réflexion a donné naissance au langage de modélisation des systèmes SysML 1 (Systems Modeling Language) qui a une structure standardisée depuis septembre 2007 (version 1.0a, la dernière en date étant la 1.3 de juin 2012). 1.2 SysML : Qu est-ce? Langage SysML s comportementaux Behavior Diagrams transversal Cross-Cutting Diagram s structurels Structure Diagrams des cas d utilisation Use case Diagram uc(d) de séquences Sequence Diagram seq d exigences Requirement Diagram req de définition de blocs Block Definition Diagram bdd de blocs internes Internal Block Diagram ibd d état State Machine Diagram stm d activités Activity Diagram act d paquetages Package Diagram pkg d paramétrique Parametric Diagram par FIGURE 1 s SysML 1. Systems Modeling Language
1. INTRODUCTION 3/19 Basé sur le langage UML 2, SysML est un langage de modélisation pour l Ingénierie Système. Il prend en charge la spécification, l analyse, la conception, la vérification et la validation des systèmes qui comprennent le matériel, les logiciels, les données, le personnel, les procédures et les installations. C est un langage de modélisation qui fournit : une sémantique : qui donne une signification et une relation entre les signes et leurs référents une notation : qui est un ensemble de signes conventionnels qui servent à fixer par écrit leur interprétation. SysML permet d approcher un modèle par des vues (fenêtre ayant un angle de vision déterminé). Une vue est un élément du modèle. Trois points de vue ont été privilégiés dans le langage SysML (cf FIG 1 page 2) : Un point de vue comportemental, auxquels sont associés quatre diagrammes : Le diagramme des cas d utilisation (Use Case Diagram, indicateur uc ou ucd) Le diagramme de séquence (Sequence Diagram, indicateur seq) Le diagramme d états (State Machine Diagram, indicateur stm) Le diagramme d activités (Activity Diagram, indicateur act) Un point de vue structurel, auxquels sont associés quatre diagrammes : Le diagramme de définition de blocs (Block Definition Diagram, indicateur bdd) Le diagramme de bloc interne (Internal Block Diagram, indicateur ibd) Le diagramme paramétrique (Parametric Diagram, indicateur par) Le diagramme de paquetages (Package Diagram, indicateur pkg) Un point de vue transversal, spécifique au langage SysML, a été rajouté : le diagramme d exigences (Requirement Diagram, indicateur req) Ce n est pas une méthode, il n y a pas obligatoirement d ordre dans l établissement des diagrammes. Cependant, il y a tout de même plusieurs manières naturelle de procéder. En voici une ci-contre. L ingénierie système n étant pas un processus linéaire, de multiples aller-retours entre les différents points se font pour compléter corriger les descriptions. D où l importance des logiciels pour faire travailler tous les acteurs simultanément sur le même projet. 1. Définition des besoins clients (req) 2. Définition du contexte (bdd) 3. Définition des phases de vies (uc) 4. Définition des scenarii associés (sd) 5. Définition des composants du système (bdd) 6. Définition des relations internes entre constituants (ibd) 7. Définition du comportement séquentiel du système (stm) 8. Définition des activités liés à chaque état du système (ad) 1.3 SysML : ses avantages Grâce à la richesse de sa notation, le langage SysML permet : l expression des besoins et des contraintes ; la représentation de l organisation structurée des composants et leur définition précise ; la représentation des modes de fonctionnement, des processus internes et externes au système ainsi que les interactions avec son environnement. Sa structure autorise également des analyses très intéressantes pour les concepteurs telles que : la facilitation de la collaboration de tous les spécialistes des corps de métier concernés, en proposant un ensemble lié d outils de représentation universels et expressifs ; 2. Unified Modeling Language
2. DIAGRAMME DES EXIGENCES (REQ) 4/19 la réalisation de la mise à jour, du stockage et du partage ainsi que l interprétation des informations issues des analyses des travaux des différents intervenants ; l intégration et la mise en relation des différentes composantes techniques, par exemple les liaisons entre un programme informatique et des actionneurs mécaniques ; la modélisation du système à toutes les étapes de son cycle de développement et dans sa phase de vie en représentant les éléments du modèle selon différents points de vue ; la validation des différentes solutions par une ou plusieurs simulations basées sur les diagrammes d états, d activités et paramétrique présentés dans la suite. 2 des exigences (req) OBJECTIF : Modéliser les exigences devant être vérifiées par le système en liant les solutions mises en oeuvre sur le système avec les besoins définis dans le cahier des charges. Ce diagramme traduit, par des fonctionnalités ou des contraintes, ce qui doit être satisfait par le système. De nombreux domaines peuvent être couverts, les plus classiques étant les exigences environnementales, économiques, fonctionnelles ou techniques. Il est possible, mais non obligatoire, de relier les exigences entre elles par des liens. Distinguons alors : la dérivation «derivreqt» : Consiste à relier des exigences de niveaux différents, par exemple des exigences système à des exigences de niveau sous-système. C est un lien logique d implication. la contenance : Permet de décomposer une exigence composite en plusieurs exigences unitaires, plus faciles ensuite à tracer vis-à-vis du système. le raffinement «refine» : Permet d ajouter de la précision, par exemple des données quantitatives.
3. D IAGRAMMES 5/19 STRUCTURELS 3 s structurels 3.1 de définition de blocs (bdd) 3.1.1 de contexte O BJECTIF : Préciser, si possible de manière exhaustive, les acteurs et éléments environnants au système étudié. Il permet également de faire apparaître les différents acteurs ou éléments intervenant dans une exigence. 3.1.2 de définition de blocks O BJECTIF : Décrire le système via des blocs (blocks dans le langage SysML) et représenter des éléments matériels (cas le plus fréquent) mais également des entités abstraites (regroupement logique d éléments) ou des logiciels. LYCÉE C ARNOT (D IJON ) A NALYSER ET DÉCRIRE LES SYSTÈMES AVEC S YS ML EN I NGÉNIERIE - S YSTÈME
3. DIAGRAMMES STRUCTURELS 6/19 3.1.3 Arbre de activités OBJECTIF : Décrire une exigence ou une activité en sous activités élémentaires auxquelles peuvent être allouées des solutions techniques 3.2 de blocs internes (ibd) OBJECTIF : Décrire les flux entre les différents blocs constitutifs d un système.
3. DIAGRAMMES STRUCTURELS 7/19 3.3 Chaînes fonctionnelles 3.3.1 Les différentes parties d une chaîne fonctionnelle «System» Système Automatique 1 1..* «Block» Chaîne d énergie «Block» Chaîne fonctionnelle «Block» Chaîne d information Une chaîne fonctionnelle est constituée au moins d un ensemble chaîne d information + une chaîne d énergie : La chaîne d énergie : elle est constituée de l ensemble des composants qui permettent la transformation de l énergie nécessaire à l apport de la valeur ajoutée sur la matière d œuvre. La chaîne d information : elle est constituée de l ensemble des composants qui permettent la gestion des informations relatives au bon déroulement de la transformation de l énergie, et à l environnement extérieur à la chaîne fonctionnelle considérée (autres chaînes fonctionnelles, opérateurs). A l intérieur de ces parties, on retrouve généralement différents constituants :
3. DIAGRAMMES STRUCTURELS 8/19 CHAÎNE D INFORMATION NOM FONCTION DESCRIPTION EXELES IHM 3 d entrée/capteurs Acquérir Permet l acquisition de grandeurs physiques Convertisseur Coder Convertit l information pour la rendre exploitable par la commande du système Unité de traitement Traiter/Mémoriser Exploite les données pour générer des ordres et des informations IHM de sortie Restituer Restitue des informations à destination de l utilisateur Interface de communication Communiquer Communique les informations vers d autres systèmes si nécessaire ainsi que les ordres envoyés à la chaîne d énergie Clavier, Pupitre, boutons poussoirs CAN/CNA 4 Processeur, microcontroleur Voyants, écran Ports USB, carte de sortie, CHAÎNE D ÉNERGIE NOM FONCTION DESCRIPTION EXELES Alimentation Alimenter Rend l énergie exploitable pour le système Transformateurs Pré-actionneur Moduler/Distribuer Module/distribue globalement l énergie en fonction des ordres reçus de l interface de communication Actionneur Convertir Convertit une énergie disponible en énergie utilisable en en modifiant la nature Transmetteur Transmettre Adapte sans en changer la nature l énergie en sortie de l actionneur à destination de l effecteur ha- Distributeurs, cheurs moteurs, vérins Unité de stockage Stocker Stocke l énergie d entrée du système Batteries, condensateurs engrenages, systèmes articulés Effecteur Agir Agit directement sur la matière d œuvre. pince, foret REMARQUE: Ces constituants se retrouvent sur la majorité des systèmes automatisés mais si les éléments permettant de stocker ou d alimenter en énergie le système ne sont pas systématiquement présents. Tout dépend de l exemple traité. 3.4 Représentation d une chaîne fonctionnelle Afin de représenter une chaîne fonctionnelle d un système, on peut utiliser soit une représentation à l aide dun bdd ou d un ibd comme sur la figure suivante. On y retrouve : les flux d informations au niveau de la chaîne d information avec des informations en provenance de la chaîne d énergie grâce aux capteurs placés sur les éléments de la partie opérative et des ordres en provenance du l interface de la chaîne d information à destination du préactionneur pour distribuer le flux d énergie en direction des actionneurs. les flux d énergie au niveau de la chaîne d énergie les flux de matière avec la matière d œuvre entrante (MOE) sur laquelle agit l effecteur pour lui apporter la valeur ajouté, afin d obtenir la matière d œuvre sortante (MOS)
3. DIAGRAMMES STRUCTURELS 9/19 ibd [block] Chaîne fonctionnelle [Description] : Chaine d information :IHM sortie information transmise Unité de traitement information traitée : :Codeur information consigne acquise :IHM entrée codée consigne utilisateur consigne traitée :Capteur :Interface grandeurs acquises Ordre transmis : Chaine d énergie grandeurs à mesurer M. O. S. : Effecteur : Transmetteur : Actionneur : Pré-actionneur Unité d alimentation : Unité de stockage : Energie transmise Energie convertie Energie distribuée Energie exploitable Energie stockée Energie d entrée M. O. E.
4. DIAGRAMMES COORTEMENTAUX 10/19 4 s comportementaux 4.1 des cas d utilisation (uc) OBJECTIF : Montrer les fonctionnalités offertes par un système en identifiant les services qu il rend. Les fonctionnalités d un système correspondent à des cas d utilisation, c est-à-dire à des services rendus par le système. Il n apparaîtra donc pas ce qui ne peut être fait par des acteurs extérieurs : ainsi, par exemple, le lavage, la recharge, le recyclage, la réparation, etc. ne doivent pas apparaître si le système n a pas été développé expressément pour cela. Un acteur participe à au moins un cas d utilisation. On distingue deux types d acteurs : l acteur principal : il est associé à la fonctionnalité principale du système qui justifie son existence, qui répond au besoin. l acteur secondaire : il sous-traite des services afin de permettre au système d accomplir les missions attendues par l acteur principal. Dans la pratique, les acteurs principaux sont placés sur la gauche du diagramme et les acteurs secondaires sur la droite. 4.2 de séquence (sd) OBJECTIF : Décrire un scénario dans un cas d utilisation donné. 4.2.1 s de séquence DÉFINITION: Message Appel d un comportement chez le destinataire. Cela peut être des signaux ou des opérations. On distingue trois catégories de messages: synchrones : l expéditeur attend une réponse pour poursuivre asynchrones : l expéditeur n attend rien en retour réponses : REMARQUE: il exite aussi des messages réflexifs
4. DIAGRAMMES COORTEMENTAUX 11/19
4. DIAGRAMMES COORTEMENTAUX 12/19 4.2.2 Chronogrammes ou diagrammes de Gantt Une autre façon de représenter l évolution temporelle des systèmes et d utiliser les chronogrammes (aussi appelés diagrammes de Gantt). On représente l évolution chronologique des entrées et sorties d un système séquentiel (ou d une machine d état) en considérant des changements d états instantanés et simultanés. EXELE : 4.3 Le diagramme d états e 1 e 2 e 3 S 1 S 2 t OBJECTIF : décrire les différents états pris par le bloc en fonction des événements qui lui arrivent. Le diagramme d états est rattaché à un bloc (ou plutôt à son instance) qui peut être le système, un sous-système ou un composant. 4.3.1 Etat - transition Les éléments graphiques utilisés dans ce diagramme sont principalement des rectangles aux coins arrondis pour représenter les états. état 1 Le passage d un état à un autre se fait en franchissant une transition : état 1 event [test] état 2 état 1 event état 2 état 1 [test] état 2 état 1 état 2 A l occurrence de event, test est évalué et la transition est franchie uniquement si test est vrai. L éventuelle activité est interrompue. Si test n est pas vrai, event est perdu et il faut attendre une seconde occurrence de event pour éventuellement franchir la transition si cette fois test est vrai. A l occurrence de event, la transition est franchie sans condition. L éventuelle activité est interrompue. Si test est vrai, la transition est franchie uniquement dès la fin de l éventuelle activité (qui doit donc être une activité finie). S il n y a pas d activité associée à l état 1, la transition est franchie immédiatement si test est vrai. Transition de complétion : est immédiatement franchie dès la fin de l éventuelle activité. Equivaut à [1]. 4.3.2 Activité et action A un état, on peut ainsi principalement rattacher une activité, une action d entrée et une action de sortie. Une activité peut être considérée comme une unité de comportement. Elle prend du temps et peut être interrompue. On la trouve à l intérieur des nœuds du diagramme (mot clé do). On la définira avec un nom + un complément. état entry / action d entrée do / activité exit / action de sortie A contrario, une action ne prend pas de temps et ne peut pas être interrompue. Son exécution peut par exemple provoquer un changement d état, l émission d un ordre pour un préactionneur ou un retour de valeur. On peut les trouver dans les
4. DIAGRAMMES COORTEMENTAUX 13/19 transitions (effet) ou dans les états (mots clé entry ou exit). Les actions sont les éléments de base permettant de spécifier les activités dans des diagrammes d activité. On la définira avec un verbe à l infinit + un complément. 4.3.3 Etat initial / état final L état initial correspond à la création de l instance du bloc pour lequel le diagramme d état est spécifié. L état final correspond à la destruction de cette instance de bloc. Il peut y en avoir plusieurs dans un diagramme d états. En effet, plusieurs scénarios peuvent être possibles pour mettre fin à un comportement. 4.3.4 Etat composite (super-état) Un état composite est constitué de sous-états liés par des transitions. Cela permet d introduire la notion d état de niveau hiérarchique inférieur et supérieur. état 5 : état composite état composite avec régions orthogonales état 1 état 5 : état composite état composite renvoyant à un autre diagramme état 51 état 52 état 3 état 2 Dans chacune des régions délimitées par un trait pointillé, un seul état est actif. Les deux régions forment un unique état disjoint.
4. DIAGRAMMES COORTEMENTAUX 14/19 4.3.5 Les pseudo-états Ils peuvent être utilisés dans un diagramme d états ou dans un diagramme d activité. Le formalisme SysML admet neuf pseudo-états : shallow history H : permet à un état de niveau hiérarchique supérieur (état composite) de se souvenir du dernier sous-état, avant qu il n évolue vers un autre état, deep history H : idem que précédemment mais avec la propagation de l historique à tous les sous-états composites de niveaux hiérarchiques inférieurs, fork et join : divergence et convergence de séquences parallèles, choice et merge : sélection (choice) et convergence (merge) de séquences exclusives. Il est nécessaire qu une condition située en aval soit vraie pour que l évolution du système se poursuive. Les conditions de gardes doivent être exclusives. Le mot clé else peut-être utilisé pour englober tout ce qui n est pas décrit dans les autres expressions booléennes. Les conditions de garde situées en aval sont toutes évaluées une fois le pseudo-état atteint,
4. DIAGRAMMES COORTEMENTAUX 15/19 junction : idem au pseudo-état choice, à la différence que pour qu un chemin soit emprunté, toutes les conditions de garde situées en aval et en amont, doivent être vraies. L évaluation des conditions avales est réalisée avant que le pseudo-état soit atteint, entry point et exit point : permet de créer un point d entrée du diagramme et un point de sortie vers un autre diagramme, terminate : permet de terminer une séquence sans destruction de l instance de bloc. 4.4 Le diagramme d activités 4.4.1 Présentation OBJECTIF : permettre de représenter le déroulement d un processus sous la forme d une activité correspondant à une décomposition séquentielle d actions, aussi appelées tâches. Il permet de décrire la transformation des flux d entrées en flux de sorties (matières, énergies, informations) par le biais de séquences d actions ou activité déclenchées par des flux de contrôle. Lorsqu une tâche est terminée, la suivante commence. Dans sa forme la plus restreinte, ce diagramme représente un algorigramme, c est-à-dire un flux de contrôle. REMARQUE: ce flux n a rien à voir avec ceux présents dans le diagramme de blocs internes : il ne faut donc pas les confondre...
4. DIAGRAMMES COORTEMENTAUX 16/19 En plus de consommer et de produire des paramètres, une activité peut recevoir et émettre des signaux. L idée forte est de permettre à des activités de communiquer en incluant dans une activité l émission d un signal et dans une autre la réception d événements. Il faut utiliser pour cela des types d action particuliers, possédant chacun une représentation graphique spécifique : accept event action : send signal action : Recevoir Envoyer accept time event :
5. LES STRUCTURES ALGORITHMIQUES DE BASE 17/19 5 Les structures algorithmiques de base 5.1 L affectation L affectation d une valeur à une variable peut se faire à l aide d une action. Cela ne prend pas de temps significatif. événement/affectation état 1 état 3 état 2 exit/affectation formalisme du diagramme d états 5.2 Le groupe ou bloc d instructions affectation C C+1 incrémentation formalisme du diagramme d activité action 1 Un groupe ou un bloc d instructions peut être une séquence d un diagramme d activité. Cela correspond à une succession d actions et / ou d activités. action 2 action 3 5.3 Fonctions et procédures La décomposition d un algorithme en fonctions et procédures, permet : d une part, de scinder une problématique générale en plusieurs problématiques élémentaires, d autre part, de pouvoir réutiliser des sous-programmes réalisant des tâches élémentaires. Une procédure comporte une succession d instructions mais ne renvoie rien. ac [Activité] activité 2 [description] action 1 action 2 action 3 procédure : activité 2 la procédure est définie dans le diagramme de l activité 2 On peut aussi utiliser les états composites d un diagramme d états : stm [Machine d états] procédure [description] état 1 état 2 : procédure la procédure est définie dans le diagramme d états procédure A la fin de l exécution d une fonction, il y a le retour d une valeur, d une liste, d un objet, etc... ac [Activité] activité 3 [description] attente d un paramètre action valeur retournée fonction : activité 3 la procédure est définie dans le diagramme de l activité 3
5. LES STRUCTURES ALGORITHMIQUES DE BASE 18/19 5.4 La structure alternative (conditionnelle) Si..., alors faire..., sinon faire... 5.4.1 Structure alternative complète 5.4.2 Structure alternative avec saut [condition fausse] [condition vraie] état 1 état 2 action 1 [else] [condition vraie] état 3 formalisme du diagramme d états action 3 formalisme du diagramme d activité 5.5 Les structures répétitives (itératives) Tant que condition vraie, faire... Répéter... jusqu à condition vraie [condition fausse] état 1 [condition vraie] action 1 [else] état 2 formalisme du diagramme d états action 3 [condition vraie] formalisme du diagramme d activité
5. LES STRUCTURES ALGORITHMIQUES DE BASE 19/19 Pour variable = valeur initiale, jusqu à valeur maximale, faire... [variable>valeur maximale] événement/initialisation de la variable état 1 [variable<=valeur maximale] exit/incrémentation de la variable état 2 formalisme du diagramme d états initialisation de la variable [valeur>valeur maximale] [valeur<=valeur maximale] action 1 incrémentation de la variable action 2 formalisme du diagramme d activité