CHAPITRE 1 : DEFINITION D UN SYSTEME 1. LE SYSTEME : un produit complexe a. Qu est-ce qu un système? Un SYSTEME est la représentation, la modélisation d une réalité complexe dans laquelle de nombreux paramètres vont interférer. Exemples : système solaire, système digestif, système industriel, etc. Ces systèmes possèdent des caractères spécifiques qui sont analysés par un observateur fixant les frontières du système et limitant le niveau d observation. Exemples : un médecin généraliste recherchera des dysfonctionnements d organe du corps humain, alors qu un ORL se limitera à l ensemble «oreilles-nez-bouche». Un système est un appareillage, dispositif, machine assurant une fonction déterminée. C est une association de sous-systèmes, eux-mêmes association de composants. Chaque sous-système est destiné à remplir une ou plusieurs fonctions opérationnelles au sein du système. Un COMPOSANT est un élément de base destiné à remplir une fonction particulière. Exemples : une automobile est un système, dont la fonction globale est de transporter des passagers ainsi que leurs bagages, composé de différents sous-systèmes : système de propulsion, système de freinage, système de suspension, etc. Dans le sous-système «freinage», le disque de frein peut être identifié comme un composant. b. Qu est-ce qu un système automatisé? Un SYSTEME AUTOMATISE est un système réalisant des opérations et pour lequel l homme n intervient que dans la programmation du système et dans son réglage. Les buts d un système automatisé sont : - De réaliser des tâches complexes ou dangereuses pour l homme - D effectuer des tâches pénibles ou répétitives - De gagner en efficacité et en précision Les systèmes automatisés sont des machines qui produisent des évènements en séries reproductibles. 2. LE PRODUIT : histoire d un besoin a. Le besoin Dans la société d aujourd hui, les individus sont amenés à acheter des PRODUITS, pour réaliser un rêve, satisfaire une envie ou pour répondre à un BESOIN. Les entreprises réalisent donc des produits pour satisfaire le besoin du client. Le client sera content si le produit qu il achète satisfait son besoin. Au cours du temps les besoins évoluent de «répondre à une conformité d usage (1960)», en passant par «répondre à une conformité de coût (1980)» ou encore «répondre à une exigence d innovation (1990)», et maintenant «répondre à une exigence d environnement». Cette évolution des besoins va de paire avec l évolution des produits, des processus de fabrication, des produits, etc. Dictionnaire Larousse : «1. Exigence née d un sentiment de manque, de privation de quelque chose qui est nécessaire à la vie organique. 2. Chose considérée comme nécessaire à l existence.» NF X50-150 : «Un besoin est une nécessité, un désir éprouvé par un utilisateur.» 1/4
CHAPITRE 1 : DEFINITION D UN SYSTEME Le BESOIN doit être exprimé. Il est souvent latent, suscité (société de consommation), il peut être imposé (normes, lois, etc.). L analyse du besoin va permettre de caractériser le besoin, pour rédiger le cahier des charges fonctionnel. b. Le produit Un PRODUIT est une réalisation de l homme, qui a été imaginé pour satisfaire un besoin de l homme. Un produit peut être un objet, un processus ou un service. On se limitera dans ce cours à l analyse des produits industriels, c est-à-dire aux produits qui sont le fruit de l activité d homme au sein d un groupe socialement organisé pour cette réalisation et soumis aux impératifs des techniques et des coûts. c. Phases et cycle de vie du produit La notion de «cycle de vie» est indissociable d un produit ou système. Elle exprime les différentes étapes qui vont de sa conception initiale jusqu au recyclage de ses constituants. 2/4
CHAPITRE 1 : DEFINITION D UN SYSTEME La récente prise de conscience par l homme, de l impact de ses actions sur son environnement modifie radicalement cette approche de cycle de vie. On commence à parler de l analyse du cycle de vie avec comme objectif de réduire l impact environnemental que va avoir le système à toutes les étapes depuis l extraction des matières premières jusqu à son traitement en fin de vie. d. Caractérisation des fonctions attendues par le produit Comme pour le besoin, il faut caractériser les fonctions de service : QUALIFIER par des mots, les critères de performance de l action décrite par le verbe. Il s agit d identifier la grandeur physique qui évolue, et de préciser le critère qui va permettre son évaluation. QUANTIFIER pour chaque critère le niveau de performance et les limites d acceptablilité. Le CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL (CdCF) reprend l ensemble des fonctions définies, qualifiées et quantifiées. Il est l outil de travail qui permet au fabriquant de vérifier qu il respecte bien le besoin émis par l utilisateur. NF X50-150 FONCTION CRITERES NIVEAUX FLEXIBILITE Critère : caractère retenu pour apprécier la manière dont une fonction est remplie ou une contrainte respectée. Niveau : grandeur repérée sur une échelle adoptée pour un critère d appréciation d une fonction. Flexibilité : ensemble d indications exprimées par le demandeur sur les possibilités de moduler le niveau recherché pour un critère d appréciation (F3 : modulable ; F2 : peu modulable ; F1 : obligatoire). 3. EXPRESSION DU BESOIN a. Besoin exprimé Besoin caractérisé Le client rêve en dehors de toutes contraintes. Les entreprises, à travers les enquêtes, les prototypes, l analyse de la concurrence, cherchent à exprimer le besoin du client potentiel : c est le BESOIN EXPRIME. L analyse du besoin va chercher à le caractériser par des grandeurs mesurables et donc vérifiables : c est le BESOIN CARACTERISE. b. Caractérisation du besoin L expression du besoin n est pas suffisante, l étape suivante est la caractérisation du besoin, afin de préciser les grandeurs mesurables liées à la matière d œuvre. QUALIFIER : c est identifier et exprimer le phénomène physique sur lequel le produit va agir et qui va générer la satisfaction du client. QUANTIFIER : il s agit de préciser la métrique qui va permettre d appréhender l effet du produit sur le phénomène et de donner le seuil de satisfaction du client. On définit un CRITERE (grandeur physique mesurable) et on précise une valeur, c est-à-dire un NIVEAU attendu. La caractérisation permet la validation de la satisfaction du client. Le client sera supposé satisfait lorsque le phénomène physique aura atteint ou dépassé le seuil, le niveau. 3/4
CHAPITRE 1 : DEFINITION D UN SYSTEME c. Validation du besoin Pour valider l expression du besoin, il reste à poser 3 questions complémentaires : Pourquoi? Pourquoi le produit existe-t-il? Cette question permet de valider l effet de l utilisation du produit sur la matière d œuvre. Le produit existe pour faire évoluer la matière d œuvre. Evoluer? Qu est-ce qui pourrait faire évoluer le besoin? Afin de valider la stabilité du besoin donc de la grandeur physique qui évolue lors de l utilisation du produit. Cette question permet d anticiper les évolutions du besoin. Disparaître? Qu est-ce qui pourrait faire disparaître le besoin? Cette question permet de valider la pérennité du besoin. Elle assure la pertinence de l étude qui débute. 4/4
1. LA MODELISATION PAR DIAGRAMMES Dans les phases de conception autant que lors de l analyse d un produit, de nombreux diagrammes ont été mis en place pour permettre aux ingénieurs de cerner les paramètres importants, et pour ordonner leur pensée. a. La carte mentale** Elle permet d organiser ses idées. Souvent utilisée dans les brainstormings, elle permet de faire du lien entre un ensemble des idées. b. Le schéma synoptique** Il permet de montrer «visuellement» l architecture du système. c. Le diagramme pieuvre** Il montre les interactions d un système avec son environnement. d. Le diagramme FAST** Il montre le matériel associé aux fonctions définies dans le diagramme pieuvre. e. Le diagramme des classes d équivalences et le graphe des liaisons* Il permet de représenter l agencement d un système mécanique. *Au programme de l année **Pas au programme, mais dans les livres, certains exercices peuvent utilisés cette modélisation. 1/16
f. Le schéma cinématique* Il permet de représenter les liaisons dans un système, et de schématiser le mouvement des pièces les unes par rapport aux autres. g. Les chaînes d énergie et d information** Ils montrent les interactions des chaînes d énergie et d information. h. L algorithme, le logigramme et le GRAFCET* Ils décrivent le fonctionnement d un programme. i. Le SADT** Il décrit un système du général au particulier. j. Le chronogramme* Il décrit chronologiquement la variation de grandeurs physiques ou logiques. *Au programme de l année **Pas au programme, mais dans les livres, certains exercices peuvent utilisés cette modélisation. 2/16
2. LE LANGAGE SysML Avec l avancement grandissant des technologies de l informatique, dans les années 1990, les informaticiens ont cherché une méthode pour modéliser un système informatique. Ils vont s appuyer sur des méthodes existantes et utiliser par un grand nombre, les associer et les développer ; pour créer l UML. L UML (Langage de Modélisation Unifié), en informatique, permet de normaliser les notations, de suivre les décisions prises, depuis l expression du besoin jusqu au codage. On peut ainsi remonter du code aux besoins et en connaître les tenants et aboutissants. Ce langage permet de : - Comprendre et décrire des besoins - Décomposer le processus de développement logiciel - Coordonner les équipes d analyse et de conception - Esquisser des architectures logicielles - Concevoir des solutions L UML (version 2.3 en 2010) se compose d un ensemble de 13 diagrammes. L ingénierie système (IS) s est inspiré de ce langage pour créer le SysML 1.0 en 2005 (Langage de Modélisation des Systèmes). Avantages du SysML : Le SysML est basé sur la modélisation par des blocs. Il se veut être un langage unique utilisé par des équipes hétérogènes, permettant ainsi d améliorer la communication entre les différents membres de l équipe. Ce langage permet de : - Analyser la structure et le fonctionnement des systèmes - Décrire les systèmes et concevoir des systèmes composés de sous-systèmes - Vérifier et valider la faisabilité d un système avant sa réalisation 3. LES DIAGRAMMES DU LANGAGE SysML Les diagrammes du langage SysML sont au nombre de 9 : 1. Le diagramme d exigences Il traduit par des fonctionnalités ou des conditions ce qui doit être satisfait par le système. DIAGRAMMES STRUCTURELLES : 2. Le diagramme de cas d utilisation Il représente les services attendus par le système d un point de vue extérieur au système. 3. Le diagramme de séquence Il illustre la description textuelle des cas d utilisation. Il décrit graphiquement l interaction entre l acteur (ou les acteurs) et le système. 4. Le diagramme d activité Il représente graphiquement, sous forme d organigramme, les cas d utilisations. 5. Le diagramme d états Il sert à représenter les différents états d un objet quelconque en fonction de son état courant et des évènements qui lui arrivent. 3/16
DIAGRAMMES COMPORTEMENTAUX : 6. Le diagramme de définition de blocs Il décrit la structure du système en montrant les sous-ensembles (nommés blocs) qui le constituent et les relations qui les lient. 7. Le diagramme de bloc interne Il décrit l organisation interne des blocs (ou d un ensemble de blocs) définis précédemment en indiquant les flux d information et d énergie y circulant. 8. Le diagramme paramétrique Il permet d intégrer des analyses systèmes (performance, fiabilité) par des blocs contraintes. 9. Le diagramme de packages Il sert à représenter les dépendances entre sous-ensembles. Dans le cadre de ce chapitre, nous aborderons les diagrammes suivants : Diagramme des exigences ANALYSE COMPORTEMENTALE ANALYSE STRUCTURELLE Diagramme des cas d utilisation Diagramme de définition de blocs Diagramme de séquence 4/16
4. LE DIAGRAMME DES EXIGENCES a. Objectif Il traduit par des fonctionnalités ou des conditions ce qui doit être (ou devrait être) satisfait par le système. Il traduit le CAHIER DES CHARGES, avec des exigences qui peuvent être fonctionnelles, de performances, de contraintes, etc. b. Les associations Les exigences peuvent être reliées de DERIVATION. La CONTENANCE d une exigence composite, on définit plusieurs exigences unitaires. entre elles par des relations de CONTENANCE, de RAFFINEMENT ou 5/16
Le RAFFINEMENT : on ajoute une précision à une exigence. La DERIVATION : on relie des exigences de niveaux différents, par exemple des exigences systèmes à des exigences de niveau sous-système. c. La traçabilité La gestion des exigences est l ensemble des activités permettant de définir et de suivre les exigences d un système au cours d un projet. Relation entre une exigencee et un élément comportemental (cas d utilisation, diagramme d état, etc.) :«refine» 6/16
MODELISATION I1.1 SI1 Relation entre une exigence et un bloc d architecture : «satisfy» Relation entre une exigence et un test : «verify» 5. LE DIAGRAMME DES CAS D UTILISATION a. Objectif Il représente les services attendus par le système d un point de vue de l acteur, donc d un point de vue extérieur au système. Il permet de décrire ce que le futur système devra faire, sans spécifier comment il le fera. Il permet de déterminer les frontières du système et de le placer placer dans son contexte. A ce niveau, les fonctions internes du système ne nous intéressent pas. 7/16
b. Les acteurs Un ACTEUR représente un rôle qui peut être tenu par un humain ou n importe quel autre système. Il indique avec quoi le système sera en interaction. L ACTEUR PRINCIPAL est celui pour qui le cas d utilisation produit un résultat concret. Symbole : à gauche du diagramme Les ACTEURS SECONDAIRES sont souvent sollicités pour des informations complémentaires ; ils peuvent uniquement consulter ou informer le système lors de l exécution du cas d utilisation. Symbole : à droite du diagramme Remarque : il est possible d avoir plusieurs acteurs principaux, mais cela complique la lecture du diagramme. 8/16
c. Les cas d utilisation La recherche des cas d utilisation consiste à trouver des cas dans lesquels le système est utilisé pour mener à bien une tâche spécifique d un acteur. Chaque cas représente un ensemble de séquence d actions réalisées par le système. Utiliser un verbe d action. Symbole : d. Relation entre cas d utilisation (UC : Use Case) Relation d inclusion : «include» Il permet de faire ressortir une sous-fonctionnalité. Toutes les étapes du cas d utilisation sont intégralement reprises dans le cas d utilisation incluant. Symbole : Relation d extension : «extend» Le cas d utilisation de base incorpore un autre cas d utilisation mais optionnel. Symbole : Exemple : 9/16
6. LE DIAGRAMME DE CONTEXTE Le diagramme de contexte n appartient pas à la norme explicitant le langage SysML, mais il est souvent utilisé. Son rôle est de répertorier les éléments faisant partie de l environnement du système. Selon que l on soit le concepteur ou l utilisateur du diagramme, l approche sera différente. Le concepteur : Il doit avoir une bonne idée d ensemble du système pour créer le diagramme de contexte. Ce n est donc pas forcément le premier diagramme à concevoir. L utilisateur : Le diagramme permet d avoir une vue d ensemble, et semble être le premier diagramme à lire. 7. LE DIAGRAMME DE SEQUENCE (SD) 10/16
a. Objectif Il complète le diagramme de cas d utilisation en décrivant graphiquement l interaction entre les acteurs et le système. Dans un premier temps, un diagramme de séquence «système» permet de décrire le comportement du système vu de l extérieur. Les principales informations contenues dans un diagramme de séquence sont les messages échangés entre les lignes de vie, présentés dans un ordre chronologique. On retrouve un diagramme de séquence par cas d utilisation b. Ligne de vie Chaque élément participant dans un diagramme de séquence est lié à une ligne de vie. Evolution du temps Les pointillés représentent le temps sans notion d échelle. c. Messages C est un élément de communication entre les lignes de vie qui déclenche une activité dans le destinataire. Message asynchrone : L émetteur envoie son message sans attendre de réponse en retour. Symbole : flèche pleine terminée par deux traits. Message synchrone : L émetteur du message est bloqué en attente de la réponse : il ne fait rien entre l émission et la réception. Symbole : flèche pleine et triangle noir plein Il y a forcément un retour : le message retour est le résultat direct du message précédent. Symbole : flèche en pointillés 11/16
Message réflexif : Ce message représente un comportement interne. d. Fragments combinés Un fragment combiné permet de faire apparaître un comportement différent en fonction de certaines conditions. Fragment avec opérateur type LOOP Boucle : Le fragment peut s exécuter plusieurs fois en fonction d une condition. 12/16
Fragment avec opérateur type OPT Option : Le fragment ne s exécute que si la condition fournie est vraie. Fragment avec opérateur type ALT Alternative : Seul le fragment possédant la condition vraie s exécutera. Fragment avec opérateur PAR Parallèle : Il permet de faire des actions multiples en parallèle, sans ordre particulier. 13/16
Fragment avec opérateur REF Référence : Il permet de faire référence à un autre diagramme de séquence lorsqu on ne veut pas trop détailler localement. Fragment avec opérateur BREAK Cassure : Il permet l abandon d une action sur une condition identifiée, et fait passer à la suite chronologique. 8. LE DIAGRAMME DE DEFINITION DE BLOCS (BDD) a. Objectif Il décrit la structure du système en montrant les sous-ensembles (nommés blocs) qui le constituent et les relations qui les lient. Il permet de la structure du système par des liens de composition. Il donne une représentation statique du système. b. Propriétés Les propriétés sont les caractéristiques de base du bloc. Propriétés de type «Valeurs» : caractéristiques quantifiables (couleur, marque, année de mise en service, etc.). Propriétés de type «Parties» : elles décrivent la décomposition du bloc en termes d autres blocs. c. Opérations Ce sont des propriétés de type comportemental : elles représentent ce qu un bloc peut faire en autonomie. 14/16
MODELISATION I1.1 SI1 d. Relations Relation de type COMPOSITION : Le bloc contenu fait partie du bloc principal. Un bloc représente le tout, et les autres ses parties. Relation de type AGREGATION : Le bloc ne fait pas partie du bloc principal. Pour fonctionner le bloc principal n a pas forcément besoin du bloc contenu mais il peut en avoir besoin à un moment donné. Relation de type ASSOCIATION : Il n y a pas de relation de type contenant-contenu contenant contenu ici mais une relation d égal à égal. 15/16
Relation de type GENERALISATION : Cette relation permet de hiérarchiser. Le but est de regrouper des propriétés communes à plusieurs blocs dans un bloc généralisé. La multiplicité : La multiplicité (nombre à côté de la flèche) indique le nombre d objets. 16/16
Application Exercice : La Balance Halo Extrait de la notice d utilisation de la balance Halo, de la marque Terraillon : 1/10
Application 2/10
Application Caractéristiques de la balance Terraillon : Précision de 1 g Charge maximale = 3 kg Dimensions : 2419,53,5 Interface Homme/Machine : o Bouton Marche/Arrêt/Tare o Bouton Conversion / o Afficheur LCD 4 digits Design épuré aux formes circulaires Gamme de 5 coloris tendances Conforme aux directives DEEE et RoHS Diagramme des exigences : Mise en situation : exigences de Marketing Lancement du produit : «Afin de continuer à innover et de garder sa place sur le segment des balances culinaires, nous souhaitons proposer une balance d entrée de gamme au design innovant.» L exigence de Marketing principale est donnée. Question : A partir de la mise en situation, ainsi que des caractéristiques disponibles, proposer au moins 3 exigences contenues dans celle-ci, en spécifiant leur type. 3/10
Application Mise en situation : exigences de pesée Vous disposez d un diagramme d exigences incomplet. Question : Faire apparaître sur ce diagramme : Les relations des exigences déjà présentes Une exigence de raffinement (à créer) 4/10
Application Diagramme des cas d utilisation : Question : En se reportant à la notice d utilisation : Faire apparaître le système et le (ou les) acteur(s). Définir le cas d utilisation principal. Créer un cas d utilisation optionnel, en le reliant par la relation adéquate au cas principal. 5/10
Application Diagramme de contexte : Mise en situation : Vous disposez d un diagramme de contexte vierge, où n apparaît que le système «Balance», élément central du diagramme, représenté par un bloc. Question : Compléter ce diagramme où doivent apparaître : L utilisateur ; Les aliments ; Le bol de pesée (optionnel) ; La cuisine. Mise en situation : L étude ne se limite plus à la seule phase d utilisation ; Tous les acteurs liés à la conception du système sont pris en compte ; Les normes environnementales peuvent apparaître. Question : Compléter le précédent diagramme en conséquence, selon ce que vous trouvez pertinent ou pas. 6/10
Application Diagramme de séquence : Mise en situation : Vous disposez d un diagramme de séquence vierge, où apparaissent les objets intervenant dans ce diagramme ; Scénario : «Allumer la balance et peser un aliment de 800 g.» Question : Créer le diagramme de séquence, en utilisant les messages synchrone, asynchrone et réflexif, en vous aidant du cas A de la notice. 7/10
Application Mise en situation : Vous disposez d un diagramme de séquence vierge, où apparaissent les objets intervenant dans ce diagramme ; Scénario : «Allumer la balance et peser un aliment de masse inconnue.» Question : Reprendre le diagramme de séquence précédent, en y rajoutant un fragment combiné de type ALT, afin de distinguer le cas où la masse de l aliment est inférieur ou non à 3 kg. Pour rappel, si la masse dépasse 3 kg, le message d erreur «EEEE» s affiche à l écran. 8/10
Application Mise en situation : Vous disposez d un diagramme de séquence vierge, où apparaissent les objets intervenant dans ce diagramme ; Scénario : «Peser des aliments en permanence, en considérant que la tare peut être effectuée occasionnellement.» Remarque : le système se coupe automatiquement si la masse présente sur le plateau ne varie pas pendant 1 minute. Question : Reprendre le diagramme de séquence précédent, en y rajoutant un fragment combiné de type LOOP et un de type OPT. 9/10
Application Diagramme de définition de bloc : Mise en situation : Vous disposez d une vidéo d animation de l éclaté de la maquette ainsi que lu diagramme de définition de bloc incomplet. Question : Compléter le diagramme de définition de bloc (bdd) avec les blocs que vous aurez identifié. 10/10