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Compétences A1 Analyser le besoin et les exigences A3 La structure TD1
TRAVAUX DIRIGES Niveau : PCSI
TD 1 Ingénierie Système
Lycée Dumont D’Urville (R.EUSTACHY) TD1 - 1/12
Exercice 1 : Eolienne Haliade 150 Il s’agit de la plus grande éolienne
jamais installée en mer. Grâce à son rotor
de 150 mètres (avec des pales de 73,50
mètres), l’éolienne est plus efficace avec
un rendement de 15% supérieur à celui des éoliennes en mer existantes, lui permettant ainsi
d’alimenter en électricité l’équivalent d’environ 5 000 foyers.
Développée pour toutes les conditions en mer, installée en Europe du Nord et adaptée pour le
marché américain, notre éolienne offshore de 6 MW à entraînement direct combine innovation et
technologie éprouvée.
Capitalisant sur sa technologie Alstom Pure Torque, elle offre un rendement élevé et une fiabilité
sans compromis qui permettent de réduire le coût de l'énergie offshore.
On donne le diagramme de contexte suivant (diagramme non normé d’un point de vue
SYSML) :
Q1- Définir ce type de diagramme, que retrouve-t-on sur ce dernier ?
Q2- Proposer un diagramme de cas d’utilisation en se limitant au fonctionnement normal
avec un vent satisfaisant.
On donne le diagramme des exigences incomplet suivant :
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Q3- Compléter la description des exigences 1 et 2.
On donne la description de l’exigence principale :
Lire et comprendre cette description.
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Exercice 2 : Pince de désincarcération I- Présentation rapide du produit :
Suite à un accident de la route, ferroviaire ou aérien, les blessés légers sortent
généralement du véhicule par leurs propres moyens.
Les victimes qui se trouvent encore à l'intérieur du véhicule à l'arrivée des sapeurs-pompiers sont
donc soit des blessés graves, soit des blessés légers piégés par la carrosserie du véhicule
déformée.
Il va donc falloir accéder à ces victimes pour permettre aux équipes sanitaires et médicales
de pouvoir les extraire allongées sur un plan dur. Cette opération est appelée
désincarcération.
Les accidents de la route restent, bien sur, la principale cause d’engagement des moyens de
désincarcération (entre 6 et 10% des interventions), qui font appel à des techniques et des
procédures précises.
Calage du véhicule et
retrait des vitres
Dépose des portes Dépose du pavillon
Si le taux de survie et la réduction des blessures graves des occupants d’un véhicule font partie des priorités
des constructeurs automobiles, les nouvelles techniques de construction ne peuvent néanmoins empêcher les
accidents de se produire.
Un problème se pose pour les secouristes :
Les matériaux et les structures plus résistants rendent l’extraction des victimes plus difficile.
Le temps moyen d’intervention est en effet passé de 15 minutes dans les années 80 à 45 minutes en 2000.
Les outils de désincarcération modernes doivent donc s’adapter à ces nouvelles contraintes, car de leur
capacité dépend bien souvent la vie de victimes.
L’outil combiné LUKAS LKS21EN offre un excellent rapport
poids/puissance/maniabilité. Il répond aux nouvelles
exigences imposées par la norme européenne pour améliorer
l’efficacité des secours pour une masse totale en ordre de
marche de 9,5kg.
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Une première approche fonctionnelle permet de tracer le diagramme de cas
d’utilisation :
Question 1 : Pour ce premier diagramme définir l’acteur principal.
Le cas d’utilisation réalise un service de bout en bout, avec un déclenchement, un
déroulement et une fin, pour l’acteur qui l’initie. Un cas d’utilisation modélise donc
un service rendu par le système, sans imposer le mode de réalisation de ce service.
Préciser alors l’intérêt de modéliser ces deux cas.
Diagramme des exigences :
Une exigence peut définir une fonction devant être fournie par un système, ou une
condition de performance que le système doit respecter.
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Question 2 : On souhaite rajouter une exigence environnementale par rapport au fait
que le produit doit résister aux contraintes extérieures et utilisable en milieu
subaquatique. Proposer une représentation pour tracer cette exigence. Puis une
exigence physique par rapport au poids du produit. Proposer la modélisation de cette
exigence aussi.
II Solution retenue
L’analyse des critères et de leurs niveaux de flexibilité a amené à valider
l’utilisation de l’énergie hydraulique. Elle autorise des efforts importants, un
fonctionnement en extérieur et silencieux. L’action de découpage de la carrosserie
déformée est réalisée par un système de leviers et de bielle, préféré au tronçonnage qui
génère des étincelles incompatibles avec la sécurité des personnes et la présence
éventuelle d’hydrocarbures.
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Structure fonctionnelle du produit :
On donne ainsi le diagramme de définition des blocs bdd incomplet :
En fonction de la présentation des constituants, de ce diagramme incomplet quel système
doit-on placer dans le bloc incomplet ? Quel pourrait être le rôle du distributeur
hydraulique ?
Alimenter Distribuer Convertir Transmettre Agir Energie
hydraulique 630 bars
Flexible
Distributeur 4/3
Vérin double effet
Bielles
Lames
Commande manuelle
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Découverte de la structure plus détaillée : diagramme de bloc interne ibd
Ce diagramme que nous allons découvrir dans le cours suivant, permet de
détailler la structure du système et les liens entre ces constituants. Valider le
bloc incomplet précédent.
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Exercice 3 : Comment maintenir une production satisfaisante
d’électricité (rendement optimal) avec des panneaux solaires :
la solution le nettoyage et la régulation de la température ?
De nombreuses sociétés se sont lancées dans
l’installation de panneaux solaires (particuliers,
professionnels). Un panneau solaire est un module électrique
regroupant des cellules photovoltaïques reliées entre elles en série et en parallèle,
ces cellules produisent de l'électricité par réaction chimique lorsqu'elles rentrent
en contact avec les rayons du soleil.
Il est possible d'installer ces modules solaires sur des supports fixes au sol (ou
sur les toitures) ou sur des systèmes mobiles de poursuite du soleil appelés
trackers qui suivent le soleil durant la journée, dans ce dernier cas la production
électrique augmente d'environ 30 % par rapport à une installation fixe.
La puissance "crête" d'un panneau solaire est un étalon pour permettre de
comparer la puissance et le rendement entre deux panneaux à un moment T. Cette
puissance crête est donnée selon des paramètres de tests standards en
laboratoire (STC = Standard Test Condition) et ne reflète en rien la réalité 'sur
le terrain'. Par exemple, pour un panneau de 100Wc (Watts crête), 100Wc
correspond à une puissance maximale en conditions test de laboratoires : un
ensoleillement de 1000W/m2 selon la répartition spectrale AM1.5, et une
température de cellule de 25°c. L'ensemble des relevés techniques pour chaque
panneau solaire du marché est effectué ainsi et la différence entre le Wc annoncé
et la puissance réelle à un instant T (en un endroit donné) correspond aux
différences d’ensoleillement, de répartition spectrale et de températures des
cellules (objet de notre étude).
Le courant produit est délivré sous forme de courant continu, ce qui est parfait
pour un branchement sur une batterie et pour de nombreuses applications, mais
implique une transformation en courant alternatif par un onduleur s'il s'agit de
l'injecter dans un réseau de distribution. La tension délivrée par le panneau solaire
dépend de sa technologie et du branchement des cellules, elle est de l'ordre de 10
à 100 volts. Sur les fiches produits présentes sur notre site, vous trouverez les
appellations 12V et 24V, en réalité la tension délivrée par ces panneaux solaires
est beaucoup plus importante (respectivement 18-20V et 36-40V) ; Cette
appellation est 'vulgarisée' afin de savoir rapidement si tel ou tel produit convient
à un système de batteries branchées en 12V ou 24V.
Cependant cette production d’électricité peut subir des variations causées par
des pertes énergétiques :
Pertes par ombrage : L'environnement d'un module solaire peut inclure des
arbres, montagnes, murs, bâtiments, etc. Il peut provoquer des ombrages
sur le module ce qui affecte directement l'énergie collectée.
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Pertes par "poussière ou saletés" : Leur dépôt occasionne une réduction du
courant et de la tension produite par le générateur photovoltaïque (~3-
6%) – pertes à améliorer par un processus (nettoyage à la main ou…..)
Pertes par dispersion de puissance nominale : les panneaux solaires issus
du processus de fabrication industrielle ne sont pas tous identiques. Les
fabricants garantissent des déviations inférieures de 3% à 10% autour de
la puissance nominale.
Pertes angulaires ou spectrales : Les panneaux photovoltaïques sont
spectralement sélectifs, la variation du spectre solaire affecte le courant
généré par ceux-ci. Les pertes angulaires augmentent avec l'angle
d'incidence des rayons et le degré de saleté de la surface.
Pertes par chutes ohmiques : Les chutes ohmiques se caractérisent par les
chutes de tensions dues au passage du courant dans un conducteur de
matériau et de section donnés. Ces pertes peuvent être minimisées avec
un dimensionnement correct de ces paramètres.
Pertes par température : En général, les modules perdent 0,4 % par degré
supérieur à sa température standard (25ºC en conditions standard de
mesures STC). La température d'opération des modules dépend de
l'irradiation incidente, la température ambiante et la vitesse du vent (5%
à 14%)-pertes à améliorer par un processus (régulation de la
température des panneaux)
Une société du Sud de la France (Toulouse), SuniBrain, a donc axé sa recherche
dans l’optimisation du rendement des panneaux solaires sur des sites
professionnels dans une première approche.
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La solution envisagée par cette entreprise est l’utilisation d’asperseurs
positionnés entre les modules ET d’un module intelligent, le calculateur
PTR02-28 permettant d’assurer en temps réel la régulation thermique,
le dépoussiérage et d’autres facteurs correctifs. Cette technologie doit
fonctionner à 100% avec de l’eau de pluie récupérée.
La société donne l’amélioration sous forme de diagramme suivant :
Soient des gains annuels de production entre 6 % et 12 % selon les régions.
Question 1 : On donne le diagramme de cas d’utilisation suivant :
Pourquoi rajouter le technicien dans cette modélisation ? Lire et comprendre le
lien entre les deux cas d’utilisation.
Question 2 : Reprendre et compléter le diagramme de contexte (diagramme de
définition des blocs) suivant :
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Pour vous entraîner (et pour aller plus loin) :
Exercice 4 :
On va étudier de façon fonctionnelle une montre utilisée
par de nombreux sportifs. Ce produit en plus de donner les
informations classiques (heure, date, alarme, chronomètre)
est équipée d’un récepteur GPS et d’un cardio fréquencemètre
(affichage des battements du cœur grâce à une ceinture pectorale).
Compléter le diagramme des cas d’utilisation ci-dessous :
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Proposer alors un diagramme de contexte de ce produit.
Exercice 5 :
De plus en plus de particuliers s’équipent d’alarme de
nouvelle génération. Celles-ci peuvent être pilotables par votre
Smartphone via des applications (payantes en général).
Une grande enseigne de sécurité à développer sa propre
application et propose alors les services suivants :
Proposer pour ce produit un diagramme de contexte.
Réaliser ensuite le diagramme des cas d’utilisation
