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AF – cours PTSI - SII AF : ANALYSER LES SYSTÈMES (COURS) ANALYSE FONCTIONNELLE via SysML : ANALYSE STRUCTURELLE : Acquérir Traiter Communiquer Capteurs… Calculateur Module de sortie CHAINE D’INFORMATION Informations extérieures Alimenter Distribuer Convertir Transformateur conditionneur… Distributeur variateur… Moteur, vérin… CHAINE D’ÉNERGIE Adapter ou Transmettre Agir sur la matière d’œuvre Matière d’œuvre entrante Matière d’œuvre sortante Engrenages, bielle/manivelle Effecteur Énergie d’entrée Informations extérieures

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AF – cours PTSI - SII

AF : ANALYSER LES SYSTÈMES (COURS)

• ANALYSE FONCTIONNELLE via SysML :

• ANALYSE STRUCTURELLE :

Acquérir Traiter Communiquer

Capteurs… Calculateur Module de sortie

CHAINE D’INFORMATION Informations extérieures

Alimenter Distribuer Convertir

Transformateur conditionneur…

Distributeur variateur…

Moteur, vérin…

CHAINE D’ÉNERGIE

Adapter ou Transmettre

Agir sur la matière d’œuvre

Matière d’œuvre entrante

Matière d’œuvre sortante

Engrenages, bielle/manivelle

Effecteur

Énergie d’entrée

Informations extérieures

AF : Analyser de façon fonctionnelle et structurelle les systèmes pluritechniques.

Extrait des compétences attendues, d’après le programme officiel :

Compétence Descriptif Connaissances Savoir-faire

A -

ANA-

LYSER

A1 -

Identifier

le besoin

et définir

les

exigences

À partir d’un système et/ou de sa documentation technique, l’étudiant doit être capable de décrire le besoin et les exigences auxquels le système doit répondre.

Définitions normalisées · Besoin, système, services attendus du système, cahier des charges fonctionnel, spécifications fonctionnelles, analyse du cycle de vie, acteurs, interactions, solution technique.

- Décomposer une exigence en plusieurs exigences unitaires ; - Identifier des exigences de niveaux différents.

S1

A2 -

Définir les

frontières

de

l'analyse

À partir d’un système et/ou de sa documentation technique, l’étudiant doit être capable de définir la frontière du système et ses interactions avec les acteurs.

Description générale du système · Frontière d'étude, fonction globale et performance, cas d’utilisation, acteurs (humain ou systèmes connectés), interactions fonctionnelles, relations entre cas d’utilisation ; · Diagramme des cas d’utilisation de sysML ; · Diagramme de séquence de sysML.

- Définir la frontière d’étude ; - Identifier les interactions entre les acteurs et le système étudié. S1

A3 -

Conduire

l'analyse

À partir d’un système et/ou de sa documentation technique, l’étudiant doit être capable de : - définir la structure d'un système ; - qualifier le comportement.

Architecture générale d'un

produit · Analyse structurelle et comportementale ; · Chaîne d'information, chaîne d'énergie.

Analyser un système d’un point de vue structurel et comportemental.

S1

Analyse d’architecture et de

comportement · Elément structurel, décomposition d’un ensemble en systèmes, sous systèmes, composants, logique de connexion, interaction entre deux parties ;

- Situer le système dans son environnement en phase d’usage ; - Définir les phases principales de vie du système ; - Décomposer un système en sous systèmes, composants ; - Décrire la structure interne du système en termes de parties, ports et connecteurs ; - Identifier les fonctions; - Identifier les composants associés.

S2

ÉTUDE DES SYSTÈMES (ANALYSE FONCTIONNELLE ET STRUCTURELLE)

Table des matières 1 Système industriel - généralités 1 1.1 Notion de système 1 1.2 Classification des systèmes 2 1.3 Complexité et interdisciplinarité des systèmes industriels 3 1.4 Exigences du monde industriel 5 1.5 Démarche de projet 6 1.6 Développement durable et Analyse du Cycle de Vie (ACV) 7 2 Introduction à l’outil SysML 9 3 Analyse fonctionnelle externe 11 3.1 Contexte 11 3.2 Besoin et exigences : le cahier des charges fonctionnel 12 3.2.1 Fonction principale (ou fonction globale) et analyse du besoin 12 3.2.2 Diagramme des cas d’utilisation (use case diagram) – SysML 13 3.2.3 Analyse fonctionnelle du besoin et cahier des charges fonctionnel 15 3.2.4 Diagramme des exigences (requirement diagram) – SysML 15 4 Analyse structurelle et comportementale 18 4.1 Architecture générale d’un système 18 4.2 Constituants des chaînes d’énergie 19 4.2.1 Pré-actionneurs (ou distributeurs) 19 4.2.2 Actionneurs (ou convertisseurs) 19 4.2.3 Transmetteurs de puissance 19 4.2.4 Effecteurs 20 4.3 Constituants des chaînes d’information 21 4.3.1 Capteurs 21 4.3.2 Systèmes de traitement de l’information 22 4.3.3 Systèmes de communication 23 4.4 Analyse technique : BDD et IBD – SysML 24 4.4.1 BDD : diagramme de blocs (bloc definition diagram) 24 4.4.2 IBD : diagramme de blocs internes (internal bloc diagram) 26 4.5 Diagramme de séquences (sequence diagram) – SysML 28 5 Exemple du sécateur électrique PELLENC 30

A retenir : Les notions à retenir sont marquées d’un double trait vertical dans la marge gauche. La synthèse (1 feuille) ne reprend que les notions essentielles, mais elle ne reprend pas toutes les notions, définitions et méthodes à retenir du cours (marquées d’un double trait vertical).

Etude des systèmes 1) Système industriel 1

1) SYSTÈME INDUSTRIEL Les performances et la complexité des systèmes et des produits qui nous entourent sont toujours grandissants. L’intégration des nouvelles technologies dans ces nouveaux produits impose de nouvelles approches (dans la conception, la fabrication, la commercialisation). L’ensemble de ces activités d’ingénierie est confié aux chercheurs, ingénieurs, techniciens qui imaginent, conçoivent et réalisent des systèmes modernes pour répondre aux besoins toujours en évolution des consommateurs. L’étude de ces systèmes modernes, dans le cadre industriel, se conduit selon plusieurs points de vue :

● fonctionnel : Quelle fonction le produit remplit-il ?

● structurel : Comment se constitue le produit (composants et constituant) ?

● temporel : Quelles sont les évolutions du comportement du produit au cours du temps ?

● économique : Quels sont les aspects économiques soumit au produit ?

● écologique et éthique : Quels sont les impacts écologiques et éthiques du produit, durant tout son cycle de vie ?

1.1) Notion de système

1.1.2) Définitions Le LAROUSSE donne une dizaine de définitions au mot Système. DÉFINITION : Système (définition générale) Ensemble d’éléments dépendant les uns des autres pour former un tout organisé. Mais retenons une définition plus appliquée :

DÉFINITION : Système On appelle système un assemblage, une collection organisée (possédant une structure) d’objets reliés (en inter- relation) les uns aux autres, de façon à former une entité (un tout) et en relation avec le milieu extérieur dans le but de remplir une ou plusieurs fonctions.

Notons également les définitions d’un système technique et d’un système automatique : DÉFINITION : Système technique

La norme NFE 90-001 définit un système technique comme un ensemble d’éléments interconnectés de façon logique, qui se coordonnent pour réaliser une tâche précise.

DÉFINITION : Système automatique : Un système est dit automatique s’il réalise la fonction seul, sans intervention humaine.

1.1.2) Exemples Quelques exemples de systèmes :

● Système linguistique : "La langue est un système dont tous les termes sont solidaires et où la valeur de l’un ne résulte que de la présence simultanée des autres".

● Système nerveux : ensemble des organes et tissus assurant la communication entre le cerveau et les diverses parties du corps.

● Système d’équations : ensemble de plusieurs équations liant simultanément plusieurs variables.

● Système industriel : ensemble artificiel de pièces destiné à répondre à un besoin du grand public, des entreprises.

Etude des systèmes 1) Système industriel 2

ATTENTION !

Un système ne constitue pas un ensemble. Dans un ensemble, il suffit de connaître tous les éléments afin que l’ensemble soit connu. Dans un système, il ne suffit pas de connaître tous les éléments du système pour connaître le système. Il faut aussi appréhender les relations entre les composants afin de déterminer le fonctionnement global du tout.

Pour étudier un système, il faut donc modéliser ses composants (et sous-systèmes) et leurs interactions, mais pas seulement...

En effet un système n’est jamais isolé de l’extérieur. Bien au contraire, il interagit avec lui. Pour étudier un système, il faut donc également modéliser les relations qu’il a avec les éléments du milieu extérieur (EME). Le milieu extérieur est séparé du système par une frontière abstraite.

EXEMPLE : le vélo est en relation avec l'homme et la route, qui sont des éléments du milieu extérieur pour le système vélo. Il est également en contact avec l'air ambiant qui ne fait pas partie du système vélo.

1.2) Classification des systèmes Les systèmes peuvent être classés en deux grandes catégories :

● Les systèmes naturels - non créés par l’homme. (exemples : système solaire, système nerveux, …)

● Les systèmes artificiels - créés par l’homme pour remplir une fonction précise. (exemples : centrale nucléaire, chaîne de production, vélo, ...)

Dans les systèmes artificiels, nous distinguerons :

● Les systèmes élémentaires (ou manuels, ou non mécanisés) Dans un système manuel c’est l’homme qui fournit l’énergie nécessaire au système. L’homme agit et contrôle en permanence son action, c’est lui qui dirige la succession des opérations.

EXEMPLES : un taraud, un tournevis, un vélo, … ● Les systèmes mécanisés

Dans un système mécanisé, l’énergie nécessaire à la transformation du produit est fournie par une source extérieure. L’homme commande la succession des opérations.

EXEMPLES : une perceuse, une moto, … ● Les systèmes automatisés

Dans un système automatisé, l’énergie nécessaire à la transformation du produit est fournie par une source extérieure. Un " automate " dirige la succession des opérations. L’homme surveille le système et peut dialoguer avec lui par l’intermédiaire d’un " pupitre ".

EXEMPLES : une machine à commande numérique, un robot sur une chaîne d’assemblage, …

FIGURE 1 – Ensemble ≠ Système

Etude des systèmes 1) Système industriel 3

Non mécanisé Mécanisé Automatisé

Commande du système

Déclenchée par l’opérateur Déclenchée par l’opérateur Déclenchée par la partie

commande

Énergie nécessaire au

fonctionnement Fournie par l’opérateur

Apportée par un sous-système (interne)

Apportée par un sous-système (interne)

Exemple (store)

TABLEAU 1 – Les différents types de systèmes industriels

1.3) Complexité et interdisciplinarité des systèmes industriels DÉFINITION : Complexe

Qui contient plusieurs éléments différents et combinés d’une manière qui n’est pas immédiatement claire pour l’esprit, qui est difficile à analyser.

Les systèmes sont par nature complexes puisque les fonctions résultent de l’ensemble des interactions entre les différents composants. En outre ils ne cessent de se complexifier en intégrant des fonctionnalités supplémentaires, en réduisant leur taille et leur coût. DÉFINITION : Interdisciplinarité

Qui est relatif à plusieurs disciplines, à plusieurs domaines d’étude. La conception de tels systèmes nécessite des outils performants. Elle exige de mettre en commun le savoir faire et les outils de multiples disciplines. EXEMPLE n°1 : Un véhicule moderne dans lequel cohabite un grand nombre de sous-ensembles en liaisons les uns les autres :

- la chaîne de transmission de puissance (elle-même dissociable en plusieurs sous-ensembles : moteur, boite de vitesse, embrayage, différentiel. . .),

- les différents circuits électriques et hydrauliques (direction assistée, freinage, anti-patinage, contrôle actif de trajectoire),

- le système d’aération (avec la climatisation), - le système de suspension (éventuellement

hydraulique), - les zones de renforts et les systèmes de sécurité

passive, etc. EXEMPLE n°2 : Les disciplines principales nécessaires à l’élaboration d’un moteur thermique sont la mécanique, la physique, la chimie, l’électronique, la thermodynamique…

FIGURE 2 – Moteur d’une BMW hybride (hydrogène/essence)

FIGURE 3 – Écorché d’un moteur (thermique) de Porsche 911 GT3

Etude des systèmes 1) Système industriel 4

Pour étudier des systèmes complexes, les méthodes classiques étudiées à l’école sont souvent insuffisantes. Les méthodes déductives sont essentiellement traitées en mathématiques et font appel à l’esprit de logique. Les problèmes sont bien posés et il y a souvent une solution unique.

Exemple :

L’analyse des systèmes complexes nécessite une approche inductive qui vise à modéliser le comportement du système dans des cas simplifiés. Cette approche sollicite l’esprit de synthèse et d’initiative.

L’analyse des systèmes est un point central en Sciences Industrielles pour l’Ingénieur aux concours. Il n’est pas demandé de restituer des connaissances apprises au cours de l’année. L’évaluation portera sur les capacités à :

● présenter un système réel dans son contexte et dans sa globalité ;

● mobiliser vos connaissances pour analyser le comportement du système complexe ;

● proposer des solutions vis-à-vis de problèmes techniques.

Concrètement, il s’agit de faire preuve d’esprit de synthèse pour présenter le système et les résultats et d’esprit d’initiative et de créativité lors des manipulations du système, des propositions de modèles simples.

Résolution du polynôme

caractéristique

Racines de

l’équation

Solution transitoire

Forme de la

solution

Conditions initiales

Solution générale

Équation différentielle du second ordre à

coefficients constants

Solution de l’équation sans second membre

Variation de la

constante

Etude des systèmes 1) Système industriel 5

1.4) Exigences du monde industriel

1.4.1) Quelques définitions

DÉFINITION : Besoin Nécessité ou désir éprouvé par l’utilisateur (acheteur) potentiel. Il concerne la nature de ses attentes et non le volume du marché. Il peut être exprimé ou implicite (besoin non exprimé actuel ou futur).

DÉFINITION : Produit

Ce qui est ou sera fourni à un utilisateur pour répondre à un besoin

DÉFINITION : Fonction de service Action demandée à un produit (ou réalisée par lui) afin de satisfaire une partie du besoin d’un utilisateur donné. (Une fonction est formulée par un verbe à l’infinitif suivi d’un complément)

DÉFINITION : Prix

Équivalent monétaire d’un produit lors d’une transaction commerciale.

DÉFINITION : Coût Charge ou dépense supportée par un intervenant économique à la suite de la production et (ou) de l’utilisation d’un produit

DÉFINITION : Qualité

Ensemble des propriétés et caractéristiques d’un produit qui lui donne l’aptitude à satisfaire des besoins exprimés ou implicites.

Satisfaction offerteQualité

Satisfaction souhaitée=

DÉFINITION : Valeur Jugement porté par un utilisateur sur le produit. C’est ce qui mesure le degré de satisfaction accordé par le client au produit.

Satisfaction du besoinValeur

Prix=

1.4.2) L’entreprise

L’objectif d’une entreprise et de survivre et croître. Pour cela, elle doit réaliser des produits (industriels) ou offrir des services afin de satisfaire aux besoins des clients (grand public, entreprises, gouvernement,…). Elle doit alors veiller à :

● un contrôle des coûts : ○ d’étude : études de marchés, conception, simulation,

conception des outillages …

○ d’industrialisation : achat des machines, fabrication …

○ de commercialisation : publicité, transport …

○ d’élimination : destruction, stockage, recyclage …

● une bonne qualité du produit ;

● des délais faibles afin d’assurer une bonne réactivité.

La qualité étant une notion abstraite, il convient de se fixer des critères d’appréciation permettant de quantifier ces satisfactions.

PRODUIT

COÛT

DÉLAIS QUALITÉ

Etude des systèmes 1) Système industriel 6

1.5) Démarche de projet

DÉFINITION : Démarche projet La démarche de projet consiste à concevoir, innover, créer et réaliser un produit à partir d’un besoin à satisfaire (rêve du client).

Le produit envisagé peut être entièrement nouveau ou être l’évolution d’un système existant.

Afin de présenter les liens qui existent entre un système, son environnement et les différents intervenants sur ce système, il est classique de représenter la vie de ce système sous la forme d’un « V » :

Lors de la conception, le système est « postulé » (il n’existe pas concrètement) :

● Spécifications / cahier des charges. C’est la phase qui justifie la création d’un système et qui définit ce que devra faire ce système pour répondre à la raison qui a justifié son existence.

● Choix de l’architecture (globale puis détaillée) du système. C’est la phase qui permet de définir précisément ce que doit être le système, d’en choisir d’abord ses sous-systèmes fonctionnels puis tous ses composants, et la manière dont ils seront reliés.

Lors de la réalisation (pièces détachées, logiciels…) puis de l’intégration (assemblage), le système voit le jour, en général sous forme de prototype d’abord, puis d’industrialisation des procédés (petite, moyenne ou grande série).

Tout au long du processus menant à la réalisation finale du système, les performances (d’abord simulées puis mesurées) sont comparées aux performances attendues. Des modifications peuvent alors être apportées lors de n’importe quelle étape, dans le triptyque Produit/Procédé/Matériau.

Les autres étapes du cycle de vie (transport, utilisation, maintenance, évolution, fin de vie) ne sont pas détaillées ici, mais elles doivent toutes être prises en compte dès la 1ère étape (cahier des charges) dans une démarche de développement durable, et donc d’éco-conception (cf. page suivante).

Besoin commanditaire

Spécifications / Cahier des Charges

Choix de l’architecture globale du système

Choix de l’architecture détaillée du système

Conception

Réalisation

Performances attendues du système

Performances mesurées du système

Performances simulées du système

Performances attendues des sous-systèmes

Performances simulées des sous-systèmes

Performances mesurées des sous-systèmes Intégration

Sous-systèmes réalisés

Système réalisé

Système livré

Ecart

Etude des systèmes 1) Système industriel 7

1.6) Développement durable et Analyse du Cycle de Vie (ACV)

1.6.1) Définitions

DÉFINITION : Développement durable Politique de développement qui s'efforce de concilier la protection de l'environnement, l'efficience économique et la justice sociale, en vue de répondre aux besoins des générations présentes sans compromettre la capacité des générations futures de satisfaire les leurs.

DÉFINITION : Cycle de vie Le cycle de vie d’un produit est la succession des différentes étapes qu’il traverse, de sa conception à sa fin de vie, en passant par sa fabrication (production), sa distribution (transport) et son utilisation.

DÉFINITION : Analyse du Cycle de Vie (ACV) L’Analyse du Cycle de Vie permet de quantifier les impacts d’un « produit » (qu’il s’agisse d’un bien, d’un service voire d’un procédé), depuis l’extraction des matières premières qui le composent jusqu’à son élimination en fin de vie, en passant par les phases de distribution d’utilisation et de maintenance, soit « du berceau à la tombe ».

La série des normes ISO 14040 décrit la méthodologie et la déontologie que doivent suivre les ACV.

Il est à noter que l’analyse du cycle de vie d’un produit ne tient pas compte du point de vue éthique (travail des enfants, esclavage, rémunération, conditions de travail, sécurité sociale, équité homme-femme…). Une analyse éthique est donc à ajouter à toute ACV.

Etude des systèmes 1) Système industriel 8

1.6.2) Méthode d’analyse du cycle de vie d’un produit

En pratique, les flux de matières et d’énergies entrants et sortants à chaque étape du cycle de vie sont inventoriés, puis on procède à une évaluation des impacts environnementaux à partir de ces données grâce à des coefficients préétablis permettant de calculer la contribution de chaque flux aux divers impacts environnementaux étudiés.

En fonction de l’objet de l’étude, les impacts couramment retenus sont l’effet de serre, l’acidification, l’épuisement des ressources naturelles, l’eutrophisation… Généralement, on retient également la somme de certains flux issue de l’inventaire : la quantité d’énergie, la quantité de déchets….

La complexité des phénomènes en jeu et de leurs interactions est source d’incertitude sur la valeur réelle des impacts sur l’environnement (ex : non prise en compte des effets de synergie ou d’antagonisme…).

L’enjeu majeur de l’utilisation de l’ACV est d’identifier les principales sources d’impacts environnementaux et d’éviter ou, le cas échéant, d’arbitrer les déplacements de pollutions liés aux différentes alternatives envisagées. Le schéma ci-dessous illustre cette notion de transfert de pollution d’une étape du cycle de vie à une autre. Dans ce cas de figure, en diminuant un impact environnemental au niveau des matières premières, on l’augmente au niveau des étapes de la fabrication et de l’utilisation :

1.6.3) Exemple de l’ACV d’une peinture

Le résultat comparatif de l’ACV d’une peinture à l’eau et d’une peinture solvantée est donné ci-contre.

Il s’agit là d’un cas relativement rare : généralement, un produit ou une option présente des avantages certains sur quelques impacts potentiels et … des désavantages tout aussi certains sur d’autres impacts potentiels. Pour comprendre et arbitrer de tels résultats, il faut alors arriver à relativiser les impacts les uns par rapport aux autres… sachant qu’il n’existe aucune méthode consensuelle pour réduire à une note unique les divers résultats.

Etude des systèmes 3) Analyse fonctionnelle externe 9

2) INTRODUCTION À L’OUTIL SYSML

SysML – ou Systems Modeling Language – est un langage de modélisation des systèmes, créé en 2001 puis normalisé en 2007, dans le cadre du développement de l’ingénierie système.

L’objectif du programme de CPGE concernant SysML est d’instiller une culture d’ingénierie système – via l’outil SysML – de plus en plus présente au sein des entreprises.

La maîtrise de l’outil SysML n’est pas exigée en CPGE. De même aucun logiciel de SysML n’est à connaître. Seule la lecture et la compréhension de certains diagrammes est exigée.

DÉFINITION : Ingénierie système L’ingénierie système (ou « systems engineering ») est une démarche méthodologique pour répondre à des problèmes complexes par la réalisation de solutions logicielles et matérielles.

L’ingénierie système se veut être une approche orientée modèles ("model-based systems engineering"), permettant de réaliser un modèle cohérent du système, stocké et géré dans un référentiel. Cette approche permet la réalisation d’un ensemble organisé de modèles, s’appliquant à différents niveaux de granularités tels que l’aspect opérationnel (contexte et utilisation du système), l’aspect fonctionnel (structure et sous-fonctions du système), et l’aspect physique (architecture). La modélisation permet de maitriser la complexité du système étudié, car chaque modèle donne accès à une représentation abstraite de différents aspects du système.

Les méthodes de l’ingénierie système reposent sur des approches de modélisation et de simulation pour valider les exigences ou pour évaluer le système

L’ingénierie système s’adresse aux secteurs suivants : systèmes embarqués, automobile, ferroviaire, aéronautique, espace, militaire, télécoms, médical, production d’énergie, etc.

SysML est basé sur UML (« Unified Modeling Langage »), langage de modélisation très répandu pour les développements logiciels. SysML permet de réunir en un seul outil plusieurs méthodes différentes de description d’un système, utilisées autrefois, et qui n’avaient aucun lien commun (bête à corne, diagramme pieuvre, FAST, SADT, schémas-blocs, grafcet, etc…).

Les fonctionnalités principales de l’outil sysML sont les suivantes :

♦ Il facilite la collaboration transdisciplinaire de tous les spécialistes des corps de métier concernés en proposant un ensemble lié d’outils de représentation suffisamment universels pour qu’ils puissent être compris par tout le monde, et suffisamment expressifs pour qu’il puissent représenter toutes les composantes hautement spécialisées ainsi que les différents points de vue d’un même système.

♦ Il permet la mise à jour, le stockage et le partage ainsi que l’interprétation des informations.

♦ Il permet la modélisation du système à toutes les étapes de son cycle de développement et de vie en représentant les principaux éléments de modèle suivants :

– l’expression des besoins et des contraintes ;

– la représentation de l’organisation structurée des composants ;

– la définition précise de chaque composant (propriétés structurelles et comportementales) ;

– la description du comportement attendu du système au cours des différentes phases d’utilisation.

♦ Il permet l’intégration et la mise en relation cohérente des différentes composantes techniques dans un même modèle, par exemple les liaisons entre un programme informatique et des actionneurs mécaniques.

♦ Il permet la validation de solutions par une simulation basée sur des diagrammes paramétriques.

Etude des systèmes 3) Analyse fonctionnelle externe 10

SysML peut être mis en œuvre par des ingénieurs en phase de conception d’un nouveau système pour élaborer soit des modèles normatifs qui guident la construction soit des modèles prédictifs pour valider des solutions en amont de la construction. Mais SysML s’utilise également pour décrire un système existant avec des modèles cognitifs qui permettront d’analyser et comprendre des constructions – ce qui est le cas le plus fréquent en enseignement secondaire.

SysML propose neuf diagrammes, dont six sont au programme (le diagramme de contexte est en fait un diagramme de définition de blocs, utilisé pour un cas particulier) :

Relations dans les diagrammes SysML

En ce qui concerne les normes de SysML, vous pourrez trouver des compléments d’information dans la norme éditée par l’OMG (Object Management Group), sur Internet.

A B Association : relation d’égal à égal entre 2 éléments. A utilise B - 3 diagrammes : cas d’utilisation, définition des blocs, blocs internes.

Dépendance : l’un des deux éléments dépend de l’autre. A dépend de B - 3 diagrammes : cas d’utilisation, exigences, définition des blocs.

Agrégation : Un élément est une composante facultative d’un autre. A entre dans la composition de B sans être indispensable à son fonctionnement. - 2 diagrammes : exigences, définition des blocs.

Composition : Un élément est une composante obligatoire de l’autre. A entre dans la composition de B et lui est indispensable à son fonctionnement. - 2 diagrammes : exigences, définition des blocs.

Conteneur : relation d’inclusion entre 2 éléments. B contient A - 2 diagrammes : exigences, définition des blocs.

Généralisation : Dépendance de type ‘filiation’ entre 2 éléments. A est une sorte de B. - 3 diagrammes : exigences, définition des blocs, blocs internes.

⊕+

Etude des systèmes 3) Analyse fonctionnelle externe 11

3) ANALYSE FONCTIONNELLE EXTERNE

L’analyse fonctionnelle externe a pour but l’élaboration du cahier des charges fonctionnel, c’est-à-dire de l’ensemble des fonctions de service (ou exigences) auxquelles le produit doit répondre pour être validé. Durant cette étude, le produit peut ne pas exister physiquement. C’est donc principalement une phase de conception du produit, et donc aucune solution technologique (composant) n’est généralement présentée à ce stade. L’analyse se nomme externe, car aucun détail sur sa composition interne n’est donné : le système est vu comme une boîte noire.

3.1) Contexte

La Frontière est une limite fictive qui permet d’isoler le système considéré de son environnement (milieu extérieur).

Le contexte du système représente l’environnement dans lequel s’insère le système. Il s’agit généralement de définir :

● le type de milieu environnant (milieu marin, milieu domestique. . . ) ;

● le domaine d’application (transport, mécanique agricole, sports nautique. . . ) ;

● le type de public utilisateur (professionnel du bâtiment, particulier, jeunes. . . ) ;

● les interacteurs : éléments du milieu extérieur qui interagissent sur le système.

Le diagramme de contexte :

• Rôle : Il permet de définir les frontières de l'étude, et en particulier de préciser la phase du cycle de vie dans laquelle on situe l'étude (généralement la phase d'utilisation). Il répond à la question : "Quels sont les acteurs et éléments environnants du système ? ".

• Limites et préconisation : Ce diagramme devra bien sûr faire apparaître tous les acteurs intervenants dans le diagramme de cas d'utilisation, mais il fera aussi apparaitre les différents acteurs ou éléments intervenant dans une exigence.

Il n'y a aucune recommandation spécifique sur la manière dont il sera établi. Il pourra se faire par : - une carte mentale, - un bdd (diagramme de définitions de

blocs) (le plus souvent), - un ibd (diagramme de blocs internes).

Grandeur physique captée

Matière d’oeuvre

Etude des systèmes 3) Analyse fonctionnelle externe 12

3.2) Besoin et exigences : le cahier des charges fonctionnel

3.2.1) Fonction principale (ou fonction globale) et analyse du besoin

Tout système est destiné à accomplir une ou plusieurs tâches (prestations) afin de satisfaire un utilisateur. Un système peut donc être défini globalement par la fonction qu’il remplit : sa fonction principale ou fonction globale.

Exemple: Si votre vélo vous sert à aller au lycée le matin, il est uniquement vu comme un moyen de se déplacer et non pas comme un ensemble de pièces. Vous jugez de ses performances en considérant son efficacité énergétique, sa tenue de route, son prix, son design, etc...

Ainsi, la fonction principale de tout système conçu par l’homme est d'apporter une Valeur Ajoutée à une Matière d’Œuvre dans un environnement ou contexte donné, avec des critères de performances stipulés.

La fonction doit être décrite par un VERBE À L’INFINITIF SUIVI DE COMPLÉMENTS.

DÉFINITION : Matière d’oeuvre (MO)

Élément sur lequel le système agit pour le faire passer d’un état initial (matière d’œuvre entrante) à un état final (matière d’œuvre sortante).

DÉFINITION : Valeur ajoutée Apport du système à la matière d’œuvre entrante

Remarque: il n'y a pas équivalence entre fonction et système. En effet, une fonction principale peut-être réalisée par différents systèmes. De plus un système peut avoir plusieurs fonctions principales.

Exemple de la fonction "se déplacer en ville". Une voiture, un bus, des rollers, des chaussures, ... permettent de remplir la fonction. En revanche, en fonction des critères de performances attendus, telle ou telle solution sera plus pertinente.

L’ analyse du besoin a pour objectif de savoir « dans quel but » le produit est construit. Elle constitue une étape fondamentale permettant de poser un problème en termes de finalités, et sert de base pour élaborer le cahier de charges du produit.

L’analyse du besoin consiste en la réponse aux trois questions suivantes:

• A qui le produit rend-il service ?

• Sur quoi (ou sur qui) le produit agit-il ?

• Dans quel but est-il utilisé ?

L’analyse du besoin peut s’exprimer en une phrase-type : « Le produit rend service à l’utilisateur en réalisant la fonction principale sur la matière d’œuvre. »

Pour l’Hemomixer, on peut exprimer le besoin ainsi :

« L’Hemomixer rend service à la banque du sang en prélevant une quantité déterminée de sang sur un donneur. »

AGIR SUR LA MATIÈRE

D’ŒUVRE MATIÈRE D’ŒUVRE ENTRANTE MATIÈRE D’ŒUVRE SORTANTE

Etude des systèmes 3) Analyse fonctionnelle externe 13

3.2.2) Diagramme des cas d’utilisation (use case diagram) – SysML

Un diagramme des cas d’utilisation répertorie les fonctions d’usage que le système offre à chacun de ses acteurs utilisateurs afin de satisfaire leurs besoins. Il ne précise pas comment il assure ces services. Les fonctions d’usage d’un système regroupent les fonctions principales, les fonctions secondaires, ainsi que les fonctions contraintes (liées aux normes de sécurité ou de qualité).

Le diagramme des cas d’utilisation de l’Hemomixer est représenté page suivante.

Un cas d’utilisation représente un service offert par le système à un ou plusieurs acteurs de son environnement. Il est défini par une fonction dans une ellipse reliée à l’acteur concerné.

Si l’exécution d’un service inclus obligatoirement celle d’un sous-service, ce dernier peut être extrait et représenté de manière autonome : il suffira de préciser l’inclusion par une relation orientée (flèche en pointillé) stéréotypée include. Cette possibilité permet de factoriser des cas d’utilisation comme « assurer l’interruption du prélèvement », commun à « assurer la sécurité et le confort du donneur » et « prélever une quantité déterminée de sang ».

Le diagramme de contexte qui définit les acteurs bénéficiaires des services du système doit bien sûr, à ce stade, exister. Il sera, au besoin, complété au fur et à mesure de l’étude incrémentale des besoins et de l’apparition éventuelle de nouveaux acteurs…

Le diagramme des cas d’utilisation doit se limiter aux fonctions essentielles en évitant une décomposition trop fine. Le diagramme sert de base à la compréhension et à la conception du système. Les détails fonctionnels plus fins seront décrits dans le diagramme des exigences.

Attention :

♦ Les cas d’utilisation définissent ce que le système doit faire, et non comment il le fait. Ils représentent le comportement fonctionnel externe du système. Il faut respecter ici les règles d’objectivité : définir ce que l’on cherche en termes de finalités, sans aprioris de solutions, et placer l’objet dans son environnement d’utilisation pour exprimer les buts des relations qu’il y crée.

♦ Les cas d’utilisation ne représentent pas ce que les acteurs doivent faire, par exemple « appuyer sur un bouton », « ouvrir une porte », « consommer de l’énergie », qui ne sont pas des services rendus.

♦ Les cas d’utilisation sont des fonctionnalités délivrées par le système. La maintenance, le nettoyage et le recyclage d’un système ne sont généralement pas des cas d’utilisation (sauf si le système comprend un sous-système d’auto-nettoyage par exemple…).

Etude des systèmes 3) Analyse fonctionnelle externe 14

diagramme des cas d’utilisation de l’Hemomixer.

Etude des systèmes 3) Analyse fonctionnelle externe 15

3.2.3) Analyse fonctionnelle du besoin et cahier des charges fonctionnel

L’analyse fonctionnelle du besoin permet de décliner la réalisation du besoin en fonctions de service (ou en exigences), auxquelles le produit doit répondre pour être validé.

Cette analyse était traditionnellement réalisée par un diagramme des interacteurs, en faisant apparaître les fonctions de service avec leurs critères d’appréciation (exemple : tension d’alimentation, durée de vie…), niveaux (permet de quantifier chaque critère, par ex : 12V, 20 ans…) et flexibilité (marge de manœuvre autorisée sur le niveau).

Aujourd’hui l’analyse fonctionnelle du besoin est réalisée par des diagrammes d’exigences, via l’outil SysML. L’ensemble des diagrammes d’exigences pour chaque des phases de vie du produit constitue donc le cahier des charges fonctionnel, c’est-à-dire l’ensemble des exigences que le système doit satisfaire (fonctions de services que le système doit réaliser).

3.2.4) Diagramme des exigences (requirement diagram) – SysML

Un diagramme des exigences répertorie en les classant les affinements des fonctions d’usage et les différentes contraintes et conditions qui doivent être respectées par le système afin qu’il puisse fonctionner correctement mais qui ne sont pas des buts principaux.

Le système doit vérifier des exigences multiples qui décrivent principalement les conditions de fonctionnement et d’utilisation, les normes à respecter, les exigences de recyclage en fin de vie, les composants et matériels imposés par le client, les caractéristiques physiques imposées et les niveaux de performance attendus. Il faut aussi apporter les précisions nécessaires à la définition complète des fonctions d’usage définies dans le diagramme des cas d’utilisation.

On peut classer les exigences en plusieurs familles :

• exigences fonctionnelles ;

• exigences techniques (contraintes technologiques) ;

• exigences environnementales ;

• exigences économiques ;

• exigences marketing ;

On peut aussi créer d’autres familles d’exigences, comme des exigences opératoires…

Les diagrammes des exigences de l’Hemomixer seront divisés en trois familles, sur les deux pages suivantes.

Les exigences sont représentées sous forme textuelle et structurées de manière arborescente.

Pour assurer la traçabilité et le suivi des exigences tout au long de la modélisation, des relations permettent de préciser les éléments du système concernés par les exigences.

Les exigences apportent des précisions (relation refine) aux cas d’utilisation. Par exemple, le cas d’utilisation « fonctionner en mode manuel ou automatique » s’affine avec l’exigence « l’infirmière doit pouvoir commuter sur un des deux modes à tout moment ».

Le sous-système « agitateur-peseur » qui sera défini ultérieurement apparaît dans ce diagramme parce qu’il satisfait (relation satisfy) l’exigence « pesage et agitation simultanées ».

SysML définit ainsi plusieurs types d’associations (liens de dépendance stéréotypés) :

derive(Reqt) : une exigence est dérivée d’une exigence ;

satisfy : un élément du modèle (par exemple un bloc) permet de satisfaire une exigence.

verify : un élément du modèle (par exemple un test case) permet de vérifier et valider une exigence.

refine : un élément affine un autre, par exemple une exigence affine un cas d’utilisation.

Etude des systèmes 3) Analyse fonctionnelle externe 16

Etude des systèmes 3) Analyse fonctionnelle externe 17

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 18

4) ANALYSE STRUCTURELLE ET COMPORTEMENTALE

Comme nous l'avons évoqué précédemment, un autre point de vue consiste à décomposer un produit non plus en fonctions et sous-fonctions mais en systèmes, sous-systèmes fonctionnels et composants, ce qui constitue l'aspect structurel de l'étude et de la description des systèmes.

4.1) Architecture générale d’un produit

L’architecture classique des systèmes fait appel à différents types de composants qu’il vous est demandé de reconnaître sur les systèmes réels, notamment lors des manipulations en salle de TP. Un système automatisé peut, dans la plupart des cas, être décomposé en deux parties : la chaîne d'information et la chaîne d'énergie.

Chaînes fonctionnelles (structure générale)

Un tel système est appelé système en chaîne fermée. Tous ces composants ne sont pas toujours présents dans les architectures d’un système, qui peuvent parfois employer un type de composant différent ou des flux différents. C’est à vous d’observer le réel pour synthétiser son architecture sous forme de schéma structurel.

Si le système ne dispose pas de chaîne d’acquisition (capteurs), il est dit en chaîne ouverte. Dans ce cas, la chaîne d'information donne des ordres et ne vérifie pas si la chaîne d'énergie a réalisé correctement les ordres indiqués.

Il existe une autre manière ancienne, encore répandue dans les publications (ouvrages, sujets,…), de présenter la structure des systèmes. Le système est décomposé en deux parties principales qui communiquent entre elles, la Partie Opérative (PO, qui agit sur le produit), siège des transformations d’énergie, et la Partie Commande (PC) qui traite l’information : la Partie Opérative englobe les chaînes d’énergie et les capteurs, la Partie Commande assure les autres fonctions de la chaîne d’information (traitement et communication).

Les constituants des chaînes fonctionnelles sont abordés ci-après, mais seront étudiés plus en détail au cours de l’année.

Acquérir Traiter Communiquer

Capteurs… Calculateur Module de sortie

CHAINE D’INFORMATION Informations extérieures

Grandeurs physiques internes

Alimenter Distribuer Convertir

Transformateur, conditionneur…

Distributeur, variateur…

Moteur, vérin…

CHAINE D’ÉNERGIE

Transmettre Agir sur la

matière d’œuvre

Matière d’œuvre entrante

Matière d’œuvre sortante

Engrenages, bielle/manivelle…

Effecteur

Énergie d’entrée

Informations extérieures

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 19

4.2) Constituants des chaînes d’énergie

La chaîne d'énergie exécute les ordres de la chaîne d'information et agit sur la matière d’œuvre pour lui apporter la valeur ajoutée. Elle représente la "partie musculaire" du système. Les énergies mises en jeu sont souvent élevées (alimentation 220 V ou 380 V en électrique, 250 bars en hydraulique, etc...).

Les principales énergies rencontrées dans cette chaîne sont : électrique, hydraulique, pneumatique, thermique, mécanique. Chaque fonction agit sur un type d'énergie et restitue une énergie qui peut être soit de même nature, soit de nature différente.

L’action à réaliser impose un flux d’énergie (sens et niveau) que le système doit transmettre et gérer par sa commande. Les performances dépendent des caractéristiques des divers constituants.

4.2.1) Pré-actionneurs (ou distributeurs)

Le pré-actionneur a pour rôle de transmettre l’énergie aux actionneurs (fortes puissances) selon les ordres de la chaîne d'information (faible puissance).

Exemples : hacheur, variateur, relais, contacteur, distributeur pneumatique ou hydraulique, etc...

4.2.2) Actionneurs (ou convertisseurs)

L’actionneur convertit l’énergie disponible en une énergie utilisable par l’effecteur.

Exemples : moteur électrique (convertit l’électrique en mécanique), vérin pneumatique (convertit pneumatique en mécanique solide), etc...

Les actionneurs et pré-actionneurs seront étudiés plus en détail lors des cours sur l’hydraulique/ pneumatique et sur l’électrotechnique.

4.2.3) Transmetteurs de puissance

Sans changer le type d’énergie, ce système la transmet (souvent en l’adaptant) pour qu’elle soit utilisable par l’effecteur.

Les types de transmission de puissance mécanique les plus courants sont la transformation du mouvement (rotation en translation, continu en alternatif…) ou la transmission du mouvement (avec changement de vitesse, inversion du sens du mouvement, changement de l’axe de rotation…).

Alimenter Distribuer Convertir

Transformateur, conditionneur…

Distributeur, variateur…

Moteur, vérin…

CHAINE D’ÉNERGIE

Transmettre Agir sur

la matière d’œuvre

Matière d’œuvre entrante

Matière d’œuvre sortante

Engrenages, bielle/manivelle…

Effecteur

Énergie d’entrée

Ordres

Grandeurs physiques internes

CHAINE D’INFORMATION

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 20

Les transmetteurs de puissance mécanique les plus courants sont :

● Les transformateurs de mouvement (transforment la nature du mouvement) : ○ Pignon/crémaillère (V=R.ω) ;

○ Vis/écrou (un tour entraîne un pas de déplacement) ;

○ Bielle/manivelle ;

○ Came/poussoir ;

○ Treuil ou roue de véhicule (V=R.ω) ;

○ Poulies/courroie ou pignons/chaînes lorsque la courroie est la sortie (V=R.ω) ;

○ Systèmes de barres articulées …

● Les transmetteurs de mouvement (même nature du mouvement E/S) : ○ Engrenage droit (axes parallèles), conique (axes concourants) ou gauche ;

○ Poulies/courroie ou pignons/chaînes …

● Les accouplement (ou joint de transmission), embrayage et frein :

Permettent l’entrainement ou non d’un système par un autre (dont les axes peuvent être non alignés).

● Les limiteur, régulateur et variateur mécaniques…

4.2.4) Effecteurs

Situé à l’extrémité de la chaîne d'énergie, il agit directement sur la matière d’œuvre.

Exemples : pelle d’une pelleteuse, doigt ou pince d’un robot de préhension, outil d’une machine-outil, balai d’essuie-glace, roues de voiture, etc…

Poulies/courroie Convoyeur

Pignon/crémaillère Vis/écrou

Bielle/manivelle Came/poussoir

Treuil

Poulies/courroie Distribution

Parallélogramme déformable

Barres articulées

Joint de Cardan

Engrenage conique

Engrenage gauche

Accouplement élastique Joint tripode

Engrenage droit

Frein à disque Joint d’Oldham

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 21

4.3) Constituants des chaînes d’information

La chaîne d'information acquiert, traite et envoie des informations avec l’extérieur, dans le but de commander la chaîne d'énergie (envoyer des ordres). Elle représente le "cerveau" et les "sens" du système. Les niveaux des énergies mises en jeu dans la chaîne d'information sont souvent faibles (alimentation 5 V en électrique, 15 bars en hydraulique, etc...).

Les principales techniques rencontrées dans les chaînes d'information sont les technologies câblées (électrique, pneumatique, électro-pneumatique), ainsi que les technologies programmées (électronique, logiciel).

4.3.1) Capteurs

L'acquisition des informations se fait au moyen de capteurs. Le système de traitement peut acquérir des informations internes (capteurs) ou externes (capteurs ou boutons de réglages de l’opérateur…).

Les capteurs mesurent l’état d’une grandeur physique et renvoient une information.

On peut classer les capteurs en fonction de plusieurs critères, et en particulier en fonction de la nature du signal de sortie :

- logique (binaire : 0 ou 1). Aussi appelés détecteurs, ou encore « capteurs TOR » (Tout Ou Rien).

Exemple : détecteurs de présence.

- numérique (information quantifiée et échantillonnée). Cette information peut être transmise par plusieurs capteurs TOR en parallèle ou par trains d’impulsions (dont le nombre d’impulsions ou la fréquence des impulsions est proportionnelle à la grandeur mesurée).

Exemple : capteur de position (angulaire ou linéaire).

- analogique (information pouvant prendre une infinité de valeurs).

Exemples : tachymètre (capteur de vitesse), thermomètre, potentiomètre...

D’autres critères permettent de différencier les capteurs :

- avec ou sans contact ; - passif (une énergie externe au capteur est nécessaire pour le faire fonctionner) ou actif ; - la nature physique de sortie : électrique, pneumatique, hydraulique…

- la grandeur physique d’entrée (mesurée) …

Les caractéristiques les plus importantes (qualités métrologiques) des capteurs sont :

- l’ étendue de mesure : domaine de variation possible de la grandeur à mesurer ;

- la résolution : plus petite variation de la grandeur mesurée qui produit une variation perceptible de l'indication délivrée par le capteur ;

- la précision (ou exactitude de mesure) : écart entre la valeur réelle et le résultat de la mesure. La précision dépend de la fidélité (ou répétabilité) et de la justesse (écart moyen).

Autres caractéristiques importantes : temps de réponse, sensibilité, bande passante, hystérésis, linéarité…

Acquérir Traiter Communiquer

Capteurs… Calculateur Module de sortie

CHAINE D’INFORMATION Informations extérieures

Grandeurs physiques

internes Ordres

Informations extérieures

CHAINE D’ÉNERGIE

En parallèle Train d’impulsions

t t

Numérique

t

Analogique

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 22

Quelques exemples de capteurs usuels :

• Interrupteurs de position électromécaniques (détecteurs de présence par contact) (TOR)

• Détecteurs de présence sans contact (TOR)

• Codeur absolu ou incrémental

(capteur de position angulaire) (numérique)

• Potentiomètre résistif (capteur de déplacement)

(analogique)

• Tachymètre (capteur de vitesse) (analogique)

• Jauge d’extensométrie (capteur d’effort) (analogique)

• Pressostat (capteur de pression) (analogique)

• Capteurs de températures (analogiques) : thermocouple, capteur de température à résistance, et thermistance.

• Accéléromètres (capteurs d’accélération linéaire), gyromètres (capteurs de vitesse angulaire), gyroscopes (capteurs de position angulaire).

Certains de ces capteurs seront étudiés plus précisément en TD et en TP tout au long des deux années.

4.3.2) Systèmes de traitement de l’information

Le traitement de l'information peut se faire à partir d’ordinateurs, d’automates programmables, de microcontrôleurs, de circuits de logiques câblés ... ils permettent de prendre des décisions en fonction de l'état du système, et des réglages effectués.

Le codage de l’information fait partie des systèmes de traitement, et est nécessaire avant tout envoi d’information (communication) via des systèmes de communication précis. Ainsi les convertisseurs analogique/numérique (CAN) et les convertisseurs numérique/analogique (CNA) sont souvent des composants indispensables au traitement de l’information.

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 23

4.3.3) Systèmes de communication

La communication interne des commandes après traitement se fait généralement grâce à des liaisons informatiques ou électriques entre les deux chaînes ou entre deux systèmes de traitement distants (port USB de l’ordinateur, liaison réseau RJ45, Wifi, Bluetooth, port série I²C ou autre, port parallèle...).

La communication peut aussi avoir lieu du système de traitement vers l’extérieur (voyants, bippers, écrans, afficheurs, cadrans…), ainsi que de l’utilisateur vers le système de traitement (boutons, manivelles, volants, manettes, claviers…).

Les réseaux informatiques servent à transmettre des informations d’un ordinateur à un autre.

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 24

4.4) Analyse technique : BDD et IBD – SysML

Le diagramme de blocs (BDD : bloc definition diagram) et le diagramme de blocs internes (IBD : internal bloc diagram) constituent l’analyse technique.

L’existence du système autorise une analyse descendante interne pour le décrire en observant la manière dont il est construit. L’étude des plans d’un système, des animations multimédias et son observation directe permettent d’élaborer un BDD qui traduit son architecture globale, puis l’IBD correspondant.

Guidé par les cas d’utilisation, le concepteur a imaginé une architecture où les constituants assurent chacun une ou plusieurs fonctions d’usage : l’élaboration de ces diagrammes est orientée « objet » et gouvernée par le « fonctionnel ».

4.4.1) BDD : diagramme de blocs (bloc definition diagram)

Le BDD représente un modèle générique de définition.

Il traduit fidèlement la structure arborescente du système composé récursivement de sous-systèmes.

Chaque type de composants, matériel ou logiciel, est représenté par un bloc qui encapsule toutes ses caractéristiques regroupées en familles stockées dans quatre « compartiments » : partie (part property), référence (shared property), données (value property), contraintes (constraint property).

Si plusieurs composants sont quasi identiques et qu’ils sont de la même famille, alors un seul bloc suffit à les typer ; il suffit ensuite d’indiquer leur multiplicité par un nombre posé sur le lien de composition.

Un jeu de liens permet de construire l’arbre de la structure par assemblage des constituants ; on utilise principalement le symbole de composition orientée (flèche pleine au losange noir), qui signifie : « est composé de » ou « appartient à ».

On peut considérer que le BDD est similaire à la première page d’une notice de montage d’un meuble, indiquant la liste des éléments et des pièces à assembler avec leurs quantités respectives.

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 25

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 26

4.4.2) IBD : diagramme de blocs internes (internal bloc diagram)

L’IBD représente l’architecture interne de d’un bloc (système ou sous-système). Il met en scène l’organisation de ses composants (parts) qui échangent à travers leurs ports reliés par un réseau de connecteurs les flux de matière, d’énergie et d’information afin de faire « vivre » le système.

Chaque partie du bloc « radiographié » est engendrée par son bloc de définition décrit dans le BDD ; elle en possède toutes les propriétés. Son nom propre (par exemple, « carte 40-065 » pour la carte de contrôle-commande) lui confère son statut d’objet concret.

Ce diagramme permet, entre autres choses, de vérifier la continuité des différentes chaînes de flux pour valider le modèle avant de poursuivre l’analyse.

Remarque : les bords d’un IBD représentent la frontière du bloc qui est décrit ; les ports de flux qui permettent les entrées/sorties de flux doivent y figurer.

Attention : Il ne faut pas confondre le bloc, qui représente une définition, avec la partie, qui est un objet réel construit sur le modèle du bloc, ce dernier en étant en quelque sorte le moule.

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 27

L’analyse se poursuit en affinant les sous-systèmes, que l’on peut représenter soit sur des diagrammes séparés soit sur un même diagramme, comme sur le diagramme 12, lorsque le système n’est pas trop volumineux.

L’ Hemomixer est un système à l’architecture classique : la carte de commande est physiquement séparée de la partie opérative. Le vrai problème du modeleur est de définir le bon niveau de granularité ; la bonne solution n’existant pas, il faut simplement que l’outil permette de corriger et d’affiner si besoin. Ici, rien n’empêche de décider la modélisation complète du motoréducteur ; il suffit de déterminer ses parts, leurs interactions, etc. En général, un bloc « motoréducteur » bien renseigné suffit au concepteur… sauf s’il est concepteur de motoréducteurs.

Attention : Au cours d’une phase d’analyse, le modeleur doit extraire ses éléments de modélisation exclusivement des plans, des notices techniques et, si possible, de l’observation directe du système.

L’IBD 13, structurellement identique à celui en 11, exprime un niveau plus détaillé de l’Hemomixer. Les composants internes étant maintenant parfaitement définis, les chaînes peuvent être vérifiées complètement. Le clampeur n’est pas représenté sur ce diagramme ; le logiciel de pilotage implémenté dans le microcontrôleur pourrait quant à lui y figurer.

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 28

4.5) Diagramme de séquences (sequence diagram) – SysML

Un diagramme de séquences représente les interactions classées selon un ordre chronologique des acteurs et du système, ou des parties internes du système au cours du déroulement d’un scénario. En effet, pour atteindre ses objectifs, un système ne reste pas inerte, il agit en déclenchant des suites d’activités dont le résultat observable constitue son comportement. Le comportement produit des flux sur les ports de sortie. Le système répond à des sollicitations de son environnement. Il consomme des flux sur les ports d’entrée.

Dans la phase de saisie des besoins, le concepteur devra spécifier les comportements attendus du système lorsqu’il assure les fonctions d’usage définies dans le diagramme des cas d’utilisation. Le système dont on n’est pas censé connaître encore la structure est considéré ici comme une « boîte noire » dont les comportements seront représentés sous forme d’une suite séquentielle d’échanges avec les acteurs dans des diagrammes de séquences nommés ici diagrammes de séquences système ou encore black box sequence diagrams.

Le diagramme de séquence système de l’Hemomixer est présenté page suivante.

Un diagramme de séquence représente un déroulement des interactions du système et des acteurs concernés au cours de la réalisation d’un service, ici « prélever une quantité déterminée de sang en mode automatique ».

Des objets représentent les acteurs concernés et la boîte noire système. Le temps s’écoule vers le bas du diagramme le long des lignes de vie associées à chaque acteur. Les interactions sont représentées par des échanges de « messages » symbolisés par des traits fléchés horizontaux tirés entre les lignes de vie des correspondants. Un message est un élément de communication dont l’occurrence déclenche une activité chez le récepteur. Il apporte éventuellement avec lui une ou plusieurs données. Les rectangles ajoutés sur les lignes de vie représentent les périodes d’activité de l’acteur ou du système correspondants.

Attention : • Il y a autant de diagrammes de séquence que de cas d’utilisation, et, pour un cas donné, autant de

diagrammes que de scénarios possibles. • Les systèmes physiques sont de nature causale, les messages de réponse seront donc toujours

postérieurs aux messages de sollicitation.

On trouvera les notations : - « par » : plusieurs scénarios se déroulent en parallèles ; - « loop » : le scénario est à répéter en boucle tant qu’une condition est vraie ; - « opt » : un scénario optionnel est possible selon une condition ; - « alt » : plusieurs scénarios différents sont envisageables selon des conditions ; - « ref » : un scénario est référencé. Il est décrit séparément.

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 29

L’ analyse comportementale permet de représenter la manière dont les sous-systèmes interagissent dans le temps ainsi que les effets de leurs activités collaboratives sur le comportement global du système.

Trois diagrammes SysML permettent de spécifier ces comportements :

- le diagramme de séquence (cf. ci-dessus) ;

- le diagramme d’état (qui sera vu dans le cours sur les systèmes logiques séquentiels) ;

- le diagramme d’activité (non spécifié dans le programme des CPGE).

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 30

5) EXEMPLE DU SÉCATEUR ÉLECTRIQUE PELLENC

Pour appréhender le langage SysML, nous nous appuierons sur un exemple concret : le sécateur électrique Lixion évolution (société PELLENC).

a) Analyser le besoin

La période de la taille de la vigne dure environ 2 mois. Les viticulteurs coupent 8 à 10 heures par jour.

Pour réduire la fatigue de la main et du bras, la société PELLENC commercialise un sécateur électrique à commande électronique. Ce système se compose d’une valise contenant la partie commande PC (portée sur le dos de l’utilisateur) et alimentant un sécateur (tenu par la main de l’utilisateur) par un câble. Diagramme de cas d'utilisation :

b) Etablir le Cahier des Charges Fonctionnel (CdCF.)

Il est extrait du tableau des exigences (SysML Requirements Table). Chaque ligne du tableau est un critère que le système doit remplir (exigence de plus bas niveau possible), et dans le texte doit figurer le niveau (souvent chiffré) lié à ce critère, et éventuellement la flexibilité (souplesse accordée autour du chiffre représentant le niveau).

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 31

Diagramme d'exigences :

Diagramme d'exigences (coupe de la branche) :

Etude des systèmes 5) Exemple du sécateur électrique PELLENC 32

c) Concevoir le sécateur Diagramme de définition de blocs du sécateur complet :

Diagramme de blocs internes du sécateur seul :