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LJG/CPGE/PTSI Cours : ingénierie des systèmes complexes SII Denis Jolivet page

LJG/CPGE/PTSI Cours : ingénierie des systèmes complexes SII Denis Jolivet page 1/17 MàJ : 18 février 2014 1. QU’EST-CE-QU’UN SYSTEME ? SYSTEME COMPLEXE ? Définition d’un système : un système est un ensemble de composants qui interagissent de manière organisée pour accomplir une finalité commune. L’organisation structurelle du système associée à son interaction avec l’environnement lui donne sa signification et permet d’atteindre sa finalité. Deux exemples de systèmes : Une « simple » machine à laver le linge est l’association de composants divers : moteur électrique, poulie/courroie, électronique de gestion/programmation, tambour en tôle percé, électrovannes, capteur de niveau d’eau/température… Ces composants agissent ensemble de manière structurée pour laver un volume de linge, qui est la finalité. Cette finalité n’est visible que si la machine à laver est placée dans son environnement : arrivée d’eau, arrivée électrique, linge… et utilisateur. La machine à laver est un système qui n’a sa signification que lorsque ces éléments extérieurs sont réunis. Un téléphone portable est l’association de composants exclusivement électroniques. Ce système prend toute sa signification quand il est placé dans l’environnement : {utilisateur, ondes électromagnétiques reçues}. Sa finalité est de convertir le signal audio émis par l’utilisateur (émission) en Radio Fréquences, et de convertir les RF reçues en signal audio (réception). Définition d’un système complexe : au sens des sciences de l’ingénieur, un système complexe est un système intégrant des composants issus de domaines technologiques différents : électronique, mécanique, hydraulique, RF, optique, etc. Le comportement global du système émerge donc des interactions simples entre ses constituants, MAIS il est beaucoup plus riche que la somme des comportements individuels. Retour aux deux exemples précédents : ainsi, la machine à laver est un système complexe au sens des SI alors qu’un téléphone portable ne l’est pas. = LJG/CPGE/PTSI Cours : ingénierie des systèmes complexes SII Denis Jolivet page 2/17 MàJ : 18 février 2014 Une automobile, système mécanique au départ, est devenue complexe avec la présence de l’électronique de plus en plus soutenue. Une des caractéristiques d’un système complexe est qu’il est difficile de prévoir son comportement, donc de le concevoir, grâce à des méthodes réductionnistes : en gros, il ne suffit pas de résoudre les équations de comportement de chaque sous système pour connaître le comportement du système global. L’objectif de l’ingénierie système est de proposer un ensemble de démarches méthodiques, associée à des outils permettant de maîtriser la compréhension, le développement et l’exploitation des systèmes complexes. La simulation informatique grâce à des logiciels spécifiques est un des outils permettant de « prévoir » les systèmes complexes. On parle maintenant de modélisation multiphysique permettant de simuler un système complet selon les différents domaines (mécanique du solide indéformable, mécanique des fluides, thermique, électronique, automatique…). Vous utiliserez des logiciels de simulation en CPGE, et plus encore en école d’ingénieur. Remarque sur l’étymologie du mot complexe. Le mot est issu du latin "complexus": "com" (ensemble, avec) et "plexus" (tisser, lacer)… Complexe désigne étymologiquement un ensemble d’éléments entrelacés de manière subtile. Par extension… combinés de manière pas appréhendable par l’esprit de manière immédiate. En ce qui concerne l’approche des SII en classes préparatoires et les concours (eh oui, déjà !) : les systèmes abordés en CPGE, et ceux proposés lors des épreuves de concours (oraux, TP, écrits) seront complexes. Les disciplines dominantes étant la mécanique et l’automatique, l’électrotechnique et l’électronique. LJG/CPGE/PTSI Cours : ingénierie des systèmes complexes SII Denis Jolivet page 3/17 MàJ : 18 février 2014 Quelques systèmes étudiés lors des épreuves écrites de concours : Robot nettoyeur de la pyramide du Louvre (Mines AADN 2009) Pompe turbo moléculaire (Centrale 2009) Pousseur de tablier du pont de Millau (Banque PT 2008) Robot Spirit, exploration de Mars (X-ENS 2005) Dispositif de levage de tramway (CCP 2011) Les systèmes des épreuves de travaux pratiques des concours : les systèmes que vous étudierez en séances de travaux pratiques dans le laboratoire de SII sont utilisés pour les épreuves de concours. En voici un… LJG/CPGE/PTSI Cours : ingénierie des systèmes complexes SII Denis Jolivet page 4/17 MàJ : 18 février 2014 2. LA DESCRIPTION D’UN SYSTEME : Différents points de vue. Plusieurs points de vue sont possibles et nécessaires pour décrire et analyser un système : - environnemental (fonctionnement, cas d’utilisation) - exigences - architecture/constituants - flux d’énergie - causal/grandeurs physique - temporel Le langage de description SysML™ assure la cohérence de ces points de vue. Prenons un exemple : le laboratoire de SII du lycée Jules Garnier est équipé d’une cordeuse de raquette de tennis. Ce système (complexe J !) que vous étudierez en TP est susceptible de tomber aux épreuves de TP des concours (finalement les concours Grandes Ecoles c’est pas si loin !). 2.1. Fonctionnement L’utilisateur fixe la raquette sur le berceau de la cordeuse. Il saisi et valide la tension de corde désirée (autour de 250 N) grâce au clavier. Il pince ensuite le bout de corde libre dans le chariot. Il enfonce le bouton poussoir : le chariot se déplace vers la droite pour appliquer la tension de 250N désirée à la corde. Pour libérer la corde, l’utilisateur enfonce à nouveau le bouton poussoir : le chariot se déplace vers la gauche. Bouton poussoir Chariot Berceau Raquette Clavier : programmation de la tension LJG/CPGE/PTSI Cours : ingénierie des systèmes complexes SII Denis Jolivet page 5/17 MàJ : 18 février 2014 2.2. Besoin, exigences, cahier des charges Une mauvaise question : « Quel produit dois-je concevoir ? » Une bonne question : « Quel besoin dois-je concevoir ? » Le produit n’est que la conséquence d’un besoin à assurer auprès d’un client. Définition du besoin : service rendu par le produit à l’utilisateur. Besoin assuré par la cordeuse : Corder une raquette. On peut représenter le besoin avec un diagramme des cas d’utilisation SysML : Définition d’un cas d’utilisation : le diagramme des cas d’utilisation (= use case diagram) permet de modéliser le ou les services rendus par un système, à un ou plusieurs acteurs. L’UC répond à la question « quels services rend le système ». Il se définit pour une phase de vie du système. Ici la phase de vie « courante ». On pourrait définir une phase de vie « Maintenance de la cordeuse » : le cas d’utilisation serait différent… l’acteur aussi. Il manque bien des étapes entre le besoin et la réalisation finale ! Il en manque déjà beaucoup entre le besoin et la conception. Il faut d’abord décliner le besoin en éxigences. Besoin ⇒ exigences ⇒ Produit Définition d’une exigence : action attendue d’un produit nécessaire pour répondre au besoin exprimé. Il existe plusieurs types d’exigence : - Service attendu : exigences fonctionnelles (conséquence directe du besoin) - Mode de fonctionnement : exigences opérationnelles - Exigences de performance - Interface (ergonomie, énergie, transmission des données) - Contrainte (normes, homologation, règlementation, coût, délai) Une exigence peut se libeller de manière synthétique avec un substantif d’action ou un verbe à l’infinitif. L’exigence peut être accompagnée d’une phrase descriptive. Le diagramme d’exigences SysML (Requirement Diagram) représente ces exigences de manière ordonnée. Le cas d’utilisation de la cordeuse représenté grâce à un diagramme des cas d’utilisation de SysML (diagramme uc) Phase de vie de la cordeuse : « habituelle » (= cordage d’une raquette sans dysfonctionnement par utilisateur habituel) Lien d’association LJG/CPGE/PTSI Cours : ingénierie des systèmes complexes SII Denis Jolivet page 6/17 MàJ : 18 février 2014 L’ensemble constitué de tout ou partie de ces exigences va permettre de constituer le cahier des charges du produit. Voici un cahier des charges possible de la cordeuse. Notez la cohérence avec le diagramme d’exigences ci-dessus. Réf exigence Libellé exigence Détail Niveau Flexibilité 6.1.1 Tension de la corde On doit pouvoir tendre la corde entre 4 et 40 daN 4 à 40 daN / 2 Précision du paramétrage tension On doit pouvoir choisir la tension par pas de 1 daN 1 daN / 6.1.2 Dimension cadre raquette Dimension des raquettes de tennis et badmington actuelles 395 mm mini 6.1.4 Rigidité de la cordeuse La déformation de la cordeuse doit être faible 1 mm en longueur (à la tension maxi) maxi 6.2.1 Pivotement de la raquette La raquette doit pouvoir pivoter à 360° 360° / 6.3.1 Alimentation électrique Secteur monophasé 230V -‐ 50Hz 230V 50Hz / Diagramme d’exigence de SysML (Requirement diagram) Cahier des charges fonctionnel de la cordeuse représenté sous forme de tableau SysML Cahier des charges fonctionnel de la cordeuse avec niveau et flexibilité détaillés Relation de contenance LJG/CPGE/PTSI Cours : ingénierie des systèmes complexes SII Denis Jolivet page 7/17 MàJ : 18 février 2014 Définition du cahier des charges (norme NF X 50-151) : Document par lequel le demandeur exprime son besoin en termes d’exigences. Pour chacune de ces exigences sont définis des critères d’appréciations. On quantifie chaque critère en lui attribuant un niveau. Chaque niveau doit être assorti d’une flexibilité. Quelques remarques sur le cahier des charges fonctionnel : Le CDCF doit être rédigé indépendamment des solutions envisageables afin de laisser le plus grand éventail de solutions possibles au concepteur. Situation dans la vie uploads/Industriel/ cours-analyse-des-systemes-2014.pdf