Sommaire - cahier-de-prepa.fr

Compétences : Analyser A1 – Identifier le besoin et ces exigences A3 Appréhender les analyses fonctionnelles et

structurelles COURS 1

FICHE COURS

Ce que l’on doit retenir Niveau : PCSI

Page 1/16

Sommaire

’objectif de cette partie va être de découvrir un langage

de modélisation des systèmes et sa syntaxe au travers de

quelques diagrammes, puis dans une seconde partie de

commencer à découvrir les différentes chaînes et les

constituants que nous allons rencontrer dans les systèmes

présents dans le laboratoire de Sciences de l’Ingénieur.

Fiche de cours 1 : Les modèles de description fonctionnels et structurels I ) Quelques définitions / introduction :

II) L’approche système : langage SYSML

Bilan des différents diagrammes

II.1 Diagramme des exigences et exemple.

II.2 Diagramme de cas d’utilisation et exemple.

II.3 Diagramme de définition des blocs. Présentation et ouverture vers le cours suivant.

Exemple illustré : le STORE SOMFY

Véhicule auto balancé SEGWAY

III) Bilan des relations dans les diagrammes

Fiche de cours 2 : Analyse structurelle I ) Définition du système selon deux aspects :

II ) Les systèmes automatisés

1- Le domaine d’application :

2- Le contexte technico-économique

2.1- Les systèmes de diffusion limitée rencontrés dans les usines de production industrielle.

2.2- Les systèmes de grande diffusion rencontrés dans l’électroménager, la domotique, la

distribution

3- Analyse structurelle des systèmes automatisés :

La structure générale des systèmes automatisés – schéma topo fonctionnel et

exemple sur le store SOMFY

III ) Constituants des chaînes d’énergie et d’information :

3.1 La chaîne d’énergie

3.2 La chaîne d’information

Validation sur le store SOMFY

IV ) Les outils de modélisation structurelle SYSML:

Le diagramme de définition des blocs (rappel) et le diagramme de bloc interne.

Illustration et bilan sur la barrière SYMPACT.

L

Niveau PCSI COURS 1 – Analyse fonctionnelle (et structurelle) des systèmes

Page C1-2/16

1-Analyser le besoin

2- Etablir le Cahier des Charges

Fonctionnel

3- Concevoir

4- Matières premières

5- Industrialiser6- Homologuer

7- Transporter

8- Commercialiser

9- Utiliser le produit

10- Recycler/Eliminer

I ) Introduction :

L’étude des produits industriels débouche, à travers la compréhension de leur

fonctionnement, sur la mise en évidence des principes, des connaissances et des démarches

qui ont permis de concevoir des produits adaptés au besoin dans un contexte technico-

économique donné.

L’ingénierie système (IS) est une démarche méthodologique pour maîtriser la conception des

systèmes et produits complexes. On peut aussi la définir comme « une approche

interdisciplinaire rassemblant tous les efforts techniques pour faire évoluer et vérifier un

ensemble intégré de systèmes, de gens, de produits et de solutions de processus de manière

équilibrée au fil du cycle de vie pour satisfaire aux besoins du client ». Les pratiques de cette

démarche sont aujourd’hui répertoriées dans des normes, réalisées à l'aide de méthodes et

supportées par des outils.

Chaque produit ou système ainsi réalisé suit un cycle de vie que l’on peut schématiser sous la

forme :

Les différentes étapes du cycle de vie d’un produit

Pourquoi le système existe, ce besoin peut

évolué dans le temps..

Document qui va permettre de définir de façon précise ce que

souhaite le demandeur (document juridique) et dans lequel on

va retrouver des contraintes économiques, techniques…

C’est dans le bureau d’étude que va commencer

la conception du produit et la réalisation d’une

maquette numérique

Le Choix des matières est essentiel pour

respecter le prix du produit et son

empreinte carbone.

C’est le processus de fabrication en

utilisant des outils adaptés (chaîne de

fabrication, robots autonomes…)

C’est la certification conforme à une norme

ou/et une règlementation.

L’objectif est de créer au maximum des

systèmes comportant des produits pouvant

être recyclés….mais hélas.


Page C1-3/16

Qu’est ce qu’un produit ou système : Un système est un ensemble de composants inter reliés

qui interagissent les uns avec les autres d’une manière organisée pour accomplir une finalité

commune (NASA 1995).

Un système est un ensemble intégré d’éléments qui accomplissent un objectif défini (INCOSE

2004).

Qu’est ce qu’une fonction : action d’un produit ou de l’un de ses constituants exprimée sous

forme d’un but à atteindre. Une fonction est traduite par un verbe, à l’infinitif, en majuscule

(éventuellement accompagnée de compléments).

La transformation d’un besoin émergeant en la définition d’un système lui apportant une

solution met en œuvre de multiples activités intellectuelles faisant passer progressivement

de concepts abstraits à la définition rigoureuse de produits. Il est nécessaire de s’appuyer

sur des représentations tant du problème que de ses solutions possibles à différents niveaux

d’abstraction pour appréhender, conceptualiser, concevoir, estimer, simuler, valider, justifier

des choix, communiquer.

C’est le rôle de la modélisation !

II) L’approche système : le langage SYSML

L’essor de la programmation UML (Unified Modeling Language) pour les logiciels a

conduit l’ensemble des acteurs à utiliser un langage commun de modélisation et de

programmation plus élaboré pour la description de systèmes complexes : le langage SYSML

pour SYStem Modeling Language.

SysML s’articule autour de neuf types de diagrammes, chacun d’eux étant dédié à la

représentation des concepts particuliers d’un système. Ces types de diagrammes sont

répartis en trois grands groupes :

- quatre diagrammes comportementaux :

diagramme d’activité (montre l’enchainement des actions et décisions au sein d’une

activité complexe) ;

diagramme de séquence (montre la séquence verticale des messages passés entre blocs

au sein d’une interaction) ;

diagramme d’états (montre les différents états et transitions possibles des blocs

dynamiques) ;

diagramme de cas d’utilisation (montre les interactions fonctionnelles entre les acteurs

et le système à l’étude) – Illustré dans ce cours-

- un diagramme transverse : le diagramme d’exigences (montre les exigences du

système et leurs relations) ; – Illustré dans ce cours-

- quatre diagrammes structurels : diagramme de définition de blocs (montre les briques de base statiques : blocs,

compositions, associations, attributs, opérations, généralisations, etc.) ; – Illustré dans ce cours-

diagramme de bloc interne (montre l’organisation interne d’un élément statique

complexe) ;


Page C1-4/16

diagramme paramétrique (représente les contraintes du système, les équations qui le

régissent) ;

diagramme de packages (montre l’organisation logique du modèle et les relations entre

packages).

Diagramme

d’activité act

Diagramme

d’états stm

Diagramme de

séquence seq

Diagramme de cas

d’utilisation uc

Diagrammes

comportementaux

Diagramme de

définition des

blocs bdd

Diagramme de

bloc interne ibd

Diagramme de

package pkg

Diagramme

paramétrique par

Diagrammes structurels

Diagramme des

exigences req

Nous nous limiterons dans une première approche à la description de trois de ces neufs

diagrammes.

II.1 Diagramme des exigences: requirement diagram req

Comme nous venons de le voir le système technique doit répondre à un besoin. Il doit

alors satisfaire des exigences. Elles peuvent être de différentes natures : liées à des

performances (vitesse, effort….), à des contraintes induites par l’utilisation de certains

constituants (type d’énergie, tension d’alimentation…), au milieu ambiant (température,

humidité…), de coûts et bien d’autres encore.

Ce diagramme transversal capture les hiérarchies d’exigences, ainsi que leurs relations

de dérivation, de raffinement, de satisfaction et de vérification. Ces relations fournissent la

capacité de relier les exigences les unes aux autres, ainsi qu’aux éléments de conception et

aux cas de tests. On retrouve alors les exigences techniques, fonctionnelles, économiques,

environnementales…

Une exigence permet de spécifier une capacité ou une contrainte qui doit être

satisfaite par un système.

Elle peut spécifier une fonction que le système devra réaliser ou une condition de

performance, de fiabilité, de sécurité, etc.


Page C1-5/16

Exemple de diagramme d’exigences d’un radio réveil :

Les exigences peuvent être reliées entre elles par des relations de contenance, de

raffinement ou de dérivation :

la contenance (ligne terminée par un cercle contenant une croix du

côté du conteneur) permet de décomposer une exigence composite en plusieurs

exigences unitaires, plus faciles ensuite à tracer vis-à-vis de l’architecture ou

des tests ;

le raffinement (« refine ») consiste en l’ajout de précisions, par

exemple de données quantitatives ;

la dérivation (« deriveReqt ») consiste à relier des exigences de

niveaux différents, par exemple des exigences système à des exigences de

niveau sous-système, etc. Elle implique généralement des choix d’architecture.

Exemple pour l’exigence Gestion radio :

Identifiant unique permettant de créer un lien avec les autres

diagrammes

Texte descriptif type Post-it

On peut également rajouter des exigences

supplémentaires

Cartouche du diagramme

Texte pouvant être détaillé et précisé


Page C1-6/16

Remarques :

Réaliser plusieurs diagrammes d'exigences si nécessaires

Regrouper les exigences techniques sur un seul diagramme par exemple.

Puis les autres groupes d'exigences sur d'autres diagrammes

II.2 Diagramme comportemental : diagramme des cas d’utilisation – Use Case Diagramm uc

Ce diagramme de cas d’utilisation fournit une description de haut niveau des

fonctionnalités du système. On utilise les diagrammes de cas d’utilisations pour identifier les

acteurs et les cas d’utilisations d’un point de vue utilisation du système, interactions

acteurs/système. Les cas d’utilisations permettent de définir les frontières, le périmètre

fonctionnel du système.

Ce modèle contient un ou plusieurs diagrammes de cas d’utilisation, montrant les

interactions fonctionnelles entre les acteurs et le système à l’étude.

On peut cependant se poser la question si l’utilisateur est réveillé peut-il utiliser le

radio réveil différemment : il existe donc d’autres cas d’utilisation…

Il répond à la question : "quels services rend le système ?"

Acteur secondaire tracé à droite Acteur primaire tracé à gauche

Cartouche du diagramme


Page C1-7/16

Fonctionnalité=cas d'utilisation=service rendu en autonomie d'un bout à l'autre par le

système. Le résultat est visible par l'acteur (entité extérieure en interaction avec le

système).

Elle possède un point de départ (élément déclenchant).

Elle suit une succession d'étapes. Elle se termine (le service est rendu).

Remarques :

Le diagramme de cas d'utilisation ne montre pas ce qui est réalisable sur le système (le

nettoyer, l'accrocher, le recycler, etc).

Un système ne se recycle pas tout seul, recycler n’est donc pas un cas d’utilisation.

Généralement un système ne se nettoie pas tout seul (s'il le fait c'est dans ce cas un

service rendu par le système en autonomie = cas d'utilisation)

De même, la maintenance peut éventuellement apparaître si elle correspond bien à un

service rendu par le système en autonomie (exemple : test automatique des différents

capteurs/actionneurs, consulter le niveau de charge d'une batterie, ...)

Les acteurs candidats sont systématiquement :

les utilisateurs humains directs : faites donc en sorte d’identifier tous

les profils possibles, sans oublier l’administrateur, l’opérateur de maintenance, etc. ;

les autres systèmes connexes qui interagissent aussi directement avec le

système étudié, souvent par le biais de protocoles bidirectionnels.

Illustration de ces diagrammes par un exemple : Système de portail automatique FAAC

L’ouverture/fermeture d’un portail d’une propriété peut être réalisé de manière

automatique afin de faciliter cette manœuvre.

En phase d’utilisation classique, on a les principaux acteurs :

le conducteur de la voiture (propriétaire / locataire)

la voiture

le réseau EDF

1- Opérateur S450H

2- Photocellules (réceptrices) Rx

Photocellules (émetteur) Tx

3- Centrale électronique

4- Contacteur à clé

5- Clignotant 24V dc

6- Butées mécaniques d’ouverture

7- Serrure électrique et butée

mécanique de fermeture


Page C1-8/16

Diagramme des exigences

Diagramme des cas d’utilisation :

On pourrait rajouter un lien entre le cas d’utilisation ‘détecter les obstacles’ et des acteurs

secondaires : voiture ou piéton. Proposer sur votre document cette modification.

Après construction du diagramme des exigences, on peut rédiger une partie du Cahier des

Charges Fonctionnels :

Exigences (ou Id) Critères Niveaux

1.31 Masse du vantail Supérieure 200kgs (max 350

kgs)

1.32 Temps d’ouverture et fermeture Maxi 40s

1.33 Energie électrique réseau EDF 230V – 50 Hz


Page C1-9/16

II. 3 Diagramme structurel : diagramme de définition des blocs- Block Définition Diagramm

Les deux diagrammes précédents permettent donc de décrire les cas d’utilisation du

produit, les exigences à respecter MAIS nous ne sommes pas encore dans la phase de

conception. C’est l’objectif du diagramme suivant qui va permettre de lister les constituants

présents (ou de lier des exigences techniques à des solutions).

Le bloc SysML (« block ») constitue la brique de base pour la modélisation de la structure d’un

système. Il peut représenter un système complet, un sous-système ou un composant

élémentaire. Les blocs sont décomposables et peuvent posséder un comportement. Le

diagramme de définition de blocs (block definition diagram ou bdd) décrit la hiérarchie du

système et les classifications système/composant. On parle dans le cas de l’étude globale du

diagramme de contexte.

Exemple pour l’ouvre portail FAAC S450H, on peut construire le diagramme de contexte (non

normalisé mais intéressant pédagogiquement) :

Il répond à la question "qui contient quoi ?"

Il peut aussi montrer les caractéristiques principales de chaque bloc en faisant apparaitre les

opérations et les propriétés.

Permet de représenter les liens entre les blocs de même niveau par une association (simple

trait entre 2 blocs). 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.

Remarques :

La question du zoom est importante. Même si on peut descendre assez bas dans les

détails, il ne sera pas pertinent en général de le faire. Ce diagramme est utile pour

montrer les grosses briques du système.

Il n'est pas obligatoire de faire apparaître les propriétés et les opérations dans

chaque bloc (surtout quand on débute avec SysML). Dans ce cas le diagramme est

relativement pauvre en information mais offre en un clin d'oeil la structure du

système.


Page C1-10/16

Vous pourrez faire apparaître les propriétés et les opérations lorsque vous préciserez

votre modèle.

Exemple pour un moteur électrique

Propriétés

o Puissance absorbée : 1500 W

o Puissance nominale : 1300 W

o Type : asynchrone

Opération

o Etre animer d’un mouvement de rotation

Exemple pour un composant mécanique : réducteur

propriétés

o rapport de réduction : 1/20

o couple maximum transmissible : 20 Nm

technologie : engrenages

III) Exemple illustré : Store automatique SOMFY

Diagramme des exigences :


Page C1-11/16

Uc[modèle]Store SOMFY [diagramme de cas d’utilisation]

Diagramme de définition des blocs :

Bdd[modèle]Store SOMFY [diagramme de définition des blocs]

Frontière du système

Agrégation forte ou composition


Page C1-12/16

Autre exemple : Véhicule auto balancé SEGWAY De plus en plus de société utilise un moyen de déplacement aisé et

rapide en ville : le véhicule auto balancé SEGWAY. Ce déplacement se fait à

une vitesse maximale de 20km/h et avec une autonomie de 38kms. Ce produit

doit donc être rechargé régulièrement suivant l’utilisation mais il reste un

bon moyen de limiter la pollution dans les grandes villes. Ce système possède

deux moteurs/réducteurs dans chaque roue, batteries, un pupitre de

commande, un ensemble de capteurs permettant d’acquérir l’inclinaison du

guidon et l’orientation (gyromètre et pendule), la vitesse/position de chaque

roue(codeur incrémental), calculateur…

Diagramme de cas d’utilisation :

Exemple Diagramme d’exigences :


Page C1-13/16

Exemple Diagramme de définition des blocs :

IV) Bilan des relations dans les diagrammes :

Représentation graphique Explication

Association : relation d’égal à égal entre deux éléments. On peut le

retrouver dans les diagrammes cas d’utilisation, définition des blocs

(et bloc interne)

Dépendance : l’un des deux éléments dépend de l’autre. On peut le

retrouver dans les diagrammes cas d’utilisation, définition des blocs

et exigences

Agrégation : Un élément est une composante facultative de l’autre.

A entre dans la composition de B sans être indispensable. On peut le

retrouver dans les diagrammes définition des blocs et exigence

Composition : Un élément est une composante obligatoire de l’autre.

A entre dans la composition de B et est indispensable. On peut le

retrouver dans les diagrammes définition des blocs et exigences

Généralisation : Dépendance de type filiation entre deux éléments.

On peut le retrouver dans les diagrammes définition des blocs, bloc

interne et exigences

Conteneur : relation d’inclusion entre deux éléments. On peut le

retrouver dans les diagrammes définition des blocs et exigences


Page C1-14/16

V) Autre exemple actuel de visualisation des diagrammes :

L’AEROBAR est le premier bar aérien au monde, il est

également le premier restaurant aérien au monde et a fait l’objet d’un

brevet international. L’AEROBAR permet à des passagers d’être

assis, les pieds dans le vide à 35 mètres de haut, autour d’un bar et

de consommer nourriture et boissons, tout en échangeant avec ses

voisins et en admirant le paysage à 360°. L’AEROBAR est

actuellement implanté dans plusieurs parcs d’attraction. Le

futuroscope a effectué l’acquisition du premier bar aérien en 2013

suivi en 2014 par le parc du Petit Prince, puis par Sindiparc au Maroc.

A ce jour, douze exemplaires ont été produits.

Exemple de diagramme de contexte :

Quel type de diagramme reconnaît-on ici ? ………………………………..

Que retrouve-t-on sur ce diagramme ? ……………………………………………………………………………


Page C1-15/16

Diagramme des exigences incomplet de l’AEROBAR :

Diagramme des exigences de l’une des exigences de l’AEROBAR : Id1.3 Plaisir client


Page C1-16/16

Diagramme de définition des blocs simplifié :

Que représente ces images (rajoutées à notre diagramme de définition des blocs) ? ………………

……………………………………………………………………..

Comment sont positionnés ces constituants dans notre système pour assurer l’exigence

principale ? C’est l’objectif du prochain cours avec l’ajout du diagramme des blocs interne

qui va nous préciser ces chaînes (de puissance et d’information).

Documents

Sommaire - cahier-de-prepa.fr