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Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M
ed V Beni-Mellal
Doc : 1/10
Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI
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Un produit ou système industriel remplit une fonction qui est directement liée au besoin d’un client
utilisateur.
Une même fonction peut être réalisée à l’aide d’une multitude de systèmes. Exemple : dans le cas de la direction assistée d’automobile, l’assistance peut être hydraulique ou électrique, positionnée en tête de colonne, sur le pignon, sur la crémaillère…
La nécessité de satisfaction du besoin du client utilisateur impose une réflexion pointue ainsi que des
étapes de formalisation indispensables notamment lors de la phase d’étude du produit.
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Outils privilégiés :
Analyse fonctionnelle externe
Cahier des Charges Fonctionnel
Analyse fonctionnelle interne
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Cycle de vie d’un produit industriel
Les outils privilégiés lors de cette phase d’étude (appelée aussi phase de conception ou phase de
définition) sont principalement l’analyse fonctionnelle externe (Analyse du Besoin et Analyse
Fonctionnelle du Besoin), le Cahier des Charges Fonctionnel (C.d.C.F.) et l’analyse fonctionnelle
interne (Analyse Fonctionnelle Technique).
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Le besoin exprimé par le client est
ensuite caractérisé par un ensemble de
prestations attendues rédigées dans le
cahier des charges des prestations.
Sur quoi agit-il ?
Dans quel but ?
A qui rend-il service ? ........................... ...................
DAE
.................................................................
........................................................................
........................................................................
........................................................................
........................................................................
Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M
ed V Beni-Mellal
Doc : 2/10
Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI
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A partir du cahier des charges des prestations, l’entreprise caractérise le besoin qu’elle se propose de
réaliser. L’outil privilégié pour cette deuxième phase est ......................................................... qui permet
de mettre en place ....................................................et de définir ................................................... Il existe
un diagramme des inter-acteurs pour chaque phase de vie du produit.
L’objectif du diagramme des inter-acteurs est ...............................................................................................
.......................................................................................................................................................................
............................................ . La méthode consiste d’abord à définir une frontière autour du système
(Exemple : ici la Direction Assistée Electrique) et de mettre en place toutes les possibilités d’interaction
du système avec les éléments extérieurs à cette frontière (Exemple : ici le conducteur, les normes, le milieu ambiant, le réseau d’énergie et les roues). Les Fonctions de Service (FS1, FS2 …) expriment
les relations entre le système et les éléments qui interagissent avec lui.
Phase de vie : Conduite en régime établi sur route sèche .
FS1 : ..............................................
FS2 : ..............................................
FS3 : ..............................................
.......................................................
FS4 : ..............................................
Conducteur
DDAAEE
Milieu ambiant
Energie
Normes
FS1
FS2 FS3 FS4
Roues
Les Fonctions de Service sont ensuite classées en deux catégories :
- les Fonctions Principales ........................................................................................................................
.......................................................................
- les Fonctions Contraintes ......................................................................................................................
.......................................................................
Exemple : FS de la DAE classées en FP et FC FP1 : FC2 : FC3 : FC4 :
Enfin, chacune des fonctions répertoriées doit être associée à un critère d’évaluation assorti d’un
niveau et d’une flexibilité qui permettent de quantifier le critère. Exemple : caractérisation de la FP1 de la DAE
Fonction de service Critère Niveau Flexibilité
- Angle pivotement roue gauche - Angle pivotement roue droite - Diamètre de braquage entre trottoir/mur - Couple maxi au volant - Seuils déclenchement assistance :
à l’accélération au freinage
- Loi d’assistance
-39 à +30° +39° à -30° 9,8 m 9 Nm 74 km/h 68 Km/h suivant courbes
+/- 1° +/- 1° +/- 0,2m Valeur mini +/- 1 km/h +/- 1 km/h
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
FP1
Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M
ed V Beni-Mellal
Doc : 3/10
Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI
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Le Cahier des Charges Fonctionnel est ........................................................................................................
......................................................., il comporte pour chaque phase de vie du produit :
- .....................................................................................................
- .....................................................................................................
- ...................................................................................................................................................................
.........................................................................................
Le C.d.C.F. est utilisé par différents acteurs de la chaîne industrielle comme :
- le donneur d’ordres qui utilise (ou commercialise) le système ;
- les ingénieurs des bureaux d’études qui établissent les plans et effectuent les calculs (mécanique,
résistance des matériaux, …)
L’objectif de la mise en place du C.d.C.F. est double :
- avant la conception du système, ................................................................................................................
..........................................................................................................
- après la conception, ..................................................................................................................................
..........................................................................................................
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A partir du Cahier des Charges Fonctionnel, une solution est conçue et proposée par l’entreprise. La
solution est une combinaison de reconduction de l’existant pour les fonctions de service que l’on sait
bien réaliser et d’innovations pour toutes les fonctions de service innovantes. L’Analyse Fonctionnelle
Technique est ...............................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
Les outils privilégiés sont, ...................................................................................................
4.1. Diagramme FAST
Le sigle FAST est obtenu à partir des initiales de « Functional Analysis System Technic » qui signifie «
Technique d’analyse fonctionnelle des systèmes ».
Le diagramme FAST est un outil
de description graphique qui
fournit une décomposition de la
fonction principale du système en
fonctions composantes, il décrit
aussi les solutions techniques mises
en œuvre pour les réaliser.
Fonction Principale
Fonction composante 1
Fonction composante 11
Fonction
composante 12
Fonction
composante 2
Fonction composante 21
Solution technique 11
Solution technique 12
Solution technique 21
Formalisation de la fonction. Les fonctions doivent être écrites sous
forme d’un verbe à l’infinitif suivi d’un complément. Fonction
Verbe à l’infinitif + complément
=
Construction et lecture du diagramme. La construction et la
lecture du diagramme se fait de la gauche vers la droite à partir
de la question « comment ? » Les réponses s’inscrivent à droite :
- encadrées et superposées s’il s’agit de fonctions
- non encadrée s’il s’agit d’une solution technique (dans ce cas
la description s’arrête pour la branche considérée).
Fonction
Fonction composante 1
Fonction
composante 2
Solution technique
Comment ?
ou
Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M
ed V Beni-Mellal
Doc : 4/10
Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI
On peut aussi lire le diagramme FAST de droite à gauche.
Dans ce cas la lecture permet de répondre à la question «
pourquoi ? ».
Fonction
Solution technique
Pourquoi ?
ou
Exemple : Diagramme FAST de la DAE
ORIENTER
LES ROUES
Adapter
l’énergie
Assister la
manœuvre
Transformer le mouvement
Adapter l'effort
Désaccoupler moto-réducteur
Limiter échauffement
du moteur
Comparer consigne volant et rotation
roues
Mesurer ∆∆∆∆αααα (ou couple associé C = k∆∆∆∆αααα)
Mesurer vitesse véhicule V
Traiter ∆∆∆∆αααα et V
Gérer énergie électrique
Commander moteur
Transformer énergie
Adapter énergie
Assurer
sécurité
................................
................................
................................
................................
�
� .........................
............................
..............................
.............................
..............................
.............................
............................
............................
4.2. Diagramme SADT
Le sigle SADT est obtenu à partir des initiales de « Structured Analysis Design Technic » qui signifie
« Technique structurée d’analyse et de conception (des systèmes) ». La méthode SADT est une
méthode d’analyse descendante à plusieurs niveaux qui permet de décrire les flux de matière, d’énergie
et d’informations entre les composants d’un système.
Formalisme. Le diagramme SADT est constitué
d’une association de modules élémentaires tels que
celui présenté ci contre. Chaque module comporte une
fonction inscrite dans un rectangle, sous forme d’un
verbe à l’infinitif et d’un complément.
Fonction = verbe à l’infinitif + complément
Moyens
Entrées
Contrôles
Sorties
Le rectangle est entouré de quatre éléments informatifs (les « M.E.C.S. ») :
- au dessous : les « Moyens» ou constituants du système qui réalisent la fonction
- à gauche : les grandeurs ou matières d’œuvre d’Entrée, sur lesquels agit la fonction :
matière, énergie, information ….
- au dessus : les éléments qui exercent un Contrôle sur la façon dont la fonction se réalise :
les réglages, l’opérateur (exploitation), les programmes ou configurations, on ajoute
aussi l’énergie lorsqu’elle n’apparaît pas comme une entrée
- à droite : les grandeurs ou matières d’œuvre de Sortie, transformées par la fonction.
(Voir document Annexe)
Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M
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Doc : 5/10
Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI
Le diagramme qui décrit la fonction
globale du système est nommé «
diagramme A-0 ». La fonction globale
peut être décomposée en un certain
nombre de fonctions composantes, ces
fonctions composantes sont décrites
dans des modules toujours régis par la
syntaxe précédente. Leur association
permet de tracer une représentation
SADT plus détaillée.
Les Entrées, Sorties et
données de Contrôle du
diagramme enfant de 1er
niveau (A0 par exemple)
doivent être identiques à
celles de son digramme de
niveau immédiatement
supérieur (A-0 pour le cas
du niveau A0).
Niveau A-0
Système général
Niveau A0
Diagramme
enfant de 1er
niveau
A0
A-0
1 3
2
A2
1
3
2
A24 A23
4
Niveau
plus
général
Niveau
plus
détaillé
Exemple : Direction assistée électrique
A-0
Adapter l’énergie
Assister la manoeuvre
AA22
AA11
AA00 :: OOrriieenntteerr lleess rroouueess
Orienter les roues
Energie électrique Vitesse véhicule
Consigne volant
................................... ...............................
...........
............................ ........................... ............................
.................................. ..............................
Chaîne d’assistance
Chaîne d’orientation (Direction)
Couple
d’assistance
Orientation
roues
Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M
ed V Beni-Mellal
Doc : 6/10
Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI
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L’ensemble des résultats de l’analyse fonctionnelle technique est regroupé dans un document appelé
cahier des charges des conditions de fonctionnement. On retrouve dans ce document toutes les
solutions techniques retenues traduites sous forme de fonctions de service réalisées. La phase
d’industrialisation ne peut démarrer que si l’écart entre les fonctions de services réalisées et les
fonctions de services attendues est jugé convenable au critère de la satisfaction du client.
Fonctions de
Service attendues
Fonctions de
Service réalisées
AFB
FAST SADT
..................................................................
....................................................................
Mesure de l’écart
Besoin C.d.C des prestations
AB
C.d.C.F.
Solution C.d.C des conditions de fonctionnement
AFT
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Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M
ed V Beni-Mellal
Doc : 7/10
Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI
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EExxeemmppllee ddee ssyyssttèèmmee
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L’analyse globale d’un produit ou d’un système industriel est .............................................................. ..................................................................................................................................................................... ....................................................................................................... ....................................................... on s’appuie sur.......................................... et ....................................... Quelle que soit l’approche, il est nécessaire de définir au préalable le niveau d’étude qui peut se situer entre l’ensemble du système (Exemple : la direction assistée) et les composants technologiques élémentaires (Exemple : le système pignon crémaillère de la direction assistée). Le diagramme FAST est l’outil privilégié pour la description des composants d’un système par fonctions (analyse fonctionnelle) alors que le diagramme SADT est l’outil privilégié pour décrire les flux de matière, d’énergie et d’informations entre les composants d’un système (analyse structurelle).
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Les systèmes peuvent être classés suivant leur domaine d’application (Exemple : aéronautique, automobile, électroménager, domotique, médical…) mais aussi suivant leur contexte technico-économique. Si les systèmes sont plutôt de diffusion limité (Exemple : Eléments constituants les usines de production industrielle), ils font généralement l’objet d’études réduites et sont plutôt constitués d’éléments standards. Si les systèmes sont des produits de grande diffusion (Exemple : Produits électroménagers), ils font généralement l’objet d’études plus poussées afin d’optimiser les coûts. Le design est aussi souvent un élément important pour ce type de systèmes. �
�%!��������D�A��"A�#D�A�������C������DEF�����C��D������&����D�#'��(����
La fonction principale des systèmes industriels pluritechniques complexes étudiés en SII, est ................................................................................................. ............................................................., un ensemble de procédés élémentaires de stockage, de transport et/ou de traitement est mis en œuvre pour apporter la valeur ajoutée au(x) flux entrant(s). On peut distinguer au sein de ces systèmes deux parties, l’une agissant .................................................. appelée ......................................, l’autre agissant ............................................... , appelée .............................
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Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M
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Doc : 8/10
Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI
Chaine d’information
Chaine d’énergie
Interface Energie entrante
Niveau décisionnel
Données entrantes
Matière d’œuvre entrante Matière d’œuvre sortante
Energie sortante
Données sortantes
La chaîne d’information ou partie commande élabore les ordres, transfère, stocke, transforme les informations puis pilote le fonctionnement du système. La chaîne d’énergie ou partie opérative transforme et adapte l'énergie, transmet les efforts et agit sur la matière d’œuvre. Chacune des deux chaînes peut être décomposée en un nombre limité de fonctions techniques principales.
DISTRIBUER TRANSMETTRE ET ADAPTER �
CONVERTIR � AGIR �ALIMENTER �
COMMUNIQUER �TRAITER �ACQUERIR �
Informations d’état à acquérir sur la chaîne d’énergie
Ordres
Energie entrante
Energie sécurisée
Energie distribuée
Energie utile
Energie nécessaire
Informations destinées à d’autres systèmes et/ou d’interfaces Homme/Machine
Chaîne d’énergie
Chaîne d’information
Informations utilisables par la partie commande
Informations utiles
Informations issues d’autres systèmes et/ou d’interfaces Homme/Machine Capteurs Unité de commande Interface de communication
Unité d’alimentation Préactionneur Actionneur Eléments de transmission de puissance
Effecteur
Matière d’œuvre entrante
Matière d’œuvre sortante
Lorsque le contrôle des transferts d’énergie est un élément prépondérant du fonctionnement du système, les résultats obtenus à l’issue de l’analyse système devront mettre en valeur une description structurelle « chaîne d’énergie + chaîne d’information » telle que celle présentée tout en respectant les règles du diagramme SADT. �
2.1 Chaîne d’information La chaîne d’information permet :
- d’acquérir des informations • sur l’état d’un produit ou de l’un de ses éléments (en particulier de la chaîne d’énergie), • issues d’interfaces homme/machine ou élaborées par d’autres chaînes d’information, • sur un processus géré par d’autres systèmes (consultation de bases de données,
partage de ressources…),
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Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M
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Doc : 9/10
Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI
- de traiter ces informations, - de communiquer les informations générées par le système de traitement pour réaliser
l’assignation des ordres destinés à la chaîne d’énergie et/ou pour élaborer des messages destinés aux interfaces homme/machine (ou à d’autres chaînes d’information).
Automates programmables Ordinateurs
Microcontrôleurs
COMMUNIQUER �TRAITER �ACQUERIR �
Informations d’état à acquérir sur la chaîne d’énergie
Informations destinées à d’autres systèmes et/ou d’interfaces Homme/Machine
Chaîne d’information
Informations utilisables par la partie commande
Informations issues d’autres systèmes et/ou d’interfaces Homme/Machine
Capteurs Unité de commande Interface de communication
Ordres à donner sur la chaîne d’énergie
Informations utiles
Commandes TOR Cartes E/S industrielles
Réseau Ethernet …
�2.2 Chaîne d’énergie
La chaîne d’énergie, associée à sa commande, assure la réalisation d’une fonction de service dont les caractéristiques sont spécifiées dans le cahier des charges. Elle est constituée des fonctions génériques : alimenter, distribuer, convertir, transmettre et adapter qui contribuent à la réalisation d’une action (Agir). L’action à réaliser impose un flux d’énergie que le système doit transmettre et gérer par sa commande. Les performances dépendent des caractéristiques des divers constituants de la chaine d’énergie.
DISTRIBUER TRANSMETTRE ET ADAPTER �
CONVERTIR �ALIMENTER �
Ordres de la chaîne d’information
Energie entrante
Energie sécurisée (Électrique, hydraulique, pneumatique)
Informations prélevées destinées à la chaîne d’information
Chaîne d’énergie
Unité d’alimentation
Préactionneur Actionneur
Eléments de transmission de puissance
Energie sécurisée
Energie mécanique utile
Energie nécessaire pour l’action
Raccord réseau d’énergie Prise EDF
Batterie, accumulateur, …
Contacteurs Relais et relais statiques
Variateurs, Hacheur Distributeurs, …
Réducteurs, multiplicateurs, …
Moteurs, vérins
AG�
�
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Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M
ed V Beni-Mellal
Doc : 10/10
Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI
Exemple : Diagramme SADT de la fonction assister la manœuvre de la DAE par la représentation chaîne d’énergie + chaîne d’information.
Acquérir Traiter
Distribuer Convertir Transmettre et adapter Agir
Carte + hacheur
CHAINE D’INFORMATION
CHAINE D’ENERGIE
A2 : Assister la manœuvre
Energie électrique
Consigne volant
Vitesse véhicule
Capteurs Calculateur
Moteur Réducteur + Embrayage
Ordres Couple d’assistance
Colonne de direction reliée à la roue dentée
Energie mécanique
Communiquer
Carte
Orientation roues
Remarque : Le modè le fonctionnel de la figure est un modèle général dont on se sert comme canevas mais certaines fonctions techniques ne sont pas forcement utiles sur certains systèmes. Il faut adapter le modèle à chaque système. Dans le cas de la fonction assister la manœuvre de la DAE, la fonction alimenter n’est pas utile puisque l’énergie électrique est une donnée d’entrée du diagramme.�