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Systèmes ______________________________________________________________________

Systèmes ______________________________________________________________________________________________________ Lycée Vauban, Brest – classe de PTSI – 1 1 1 – La description fonctionnelle des systèmes 1.1 - Qu'est-ce qu'un système ? D'après Joël de Rosnay, un système est un ensemble d'éléments, en interaction dynamique, organisés en fonction d'un but. Les exemples de systèmes abondent : le système solaire, le système nerveux, le système scolaire, un système automatisé,... Le dernier exemple est un système physique créé par les hommes dans un but précis : c'est un système technologique. Les systèmes technologiques sont en relation avec leur environnement. 1.2 - L'analyse fonctionnelle descendante L'analyse fonctionnelle descendante est un outil de description graphique et de modélisation d'un système technologique. Il propose une démarche d'analyse systématique. Cette méthode part du général pour aller au particulier. La description est constituée d'une suite cohérente de diagrammes dont l'organisation est expliquée par la suite. Un système technologique : q exerce une activité sur une matière d'œuvre pour satisfaire un besoin ; q remplit une fonction d'usage en produisant une valeur ajoutée. La lecture d'un système technologique fait appel à trois notions : q le contexte qui délimite le système par rapport au milieu qui l'environne (frontières du système) ; q le point de vue adopté pour observer le système (concepteur, utilisateur, personnel de maintenance) ; q l'objectif de l'analyse (compréhension des flux de matière d'œuvre et d'énergie, des données de contrôle et des informations). La représentation des activités est modélisée par des boîtes ou modules fonctionnels reliés entre eux par des flèches. Ces boîtes (ou actigrammes) sont régies par des règles définies par la Structured Analysis and Design Technic (SADT). Les principales règles de la modélisation : q les flèches indiquent les contraintes d'action, les contrôles,... agissant sur la production de valeur ajoutée ; q les données d'entrée sont transformées en données de sortie par la fonction (verbe) indiquée dans la boîte ; q la sortie d'une boîte peut constituer l'entrée ou le contrôle d'une ou plusieurs autres boîtes ; q les diagrammes sont constitués d'une ou plusieurs boîtes (6 au maximum) et sont hiérarchisés en niveaux de décomposition de diagramme. 1 Machine à vapeur de 200 ch actionnant un treuil, 1850 environ. « Le polytechnicien construit un pont, qui s’effondre, et il sait pourquoi. Le gad’zart construit un pont, qui tient, et il ne sait pas pourquoi » dicton Systèmes - généralités Systèmes ______________________________________________________________________________________________________ Lycée Vauban, Brest – classe de PTSI – 2 Le plus haut niveau est A-0 (A moins zéro) et ne comporte qu'une fonction (contexte). Le diagramme A-0 se décompose au niveau suivant A0 en n boîtes représentant les fonctions satisfaisant la fonction d'usage définie en A-0 : A1, A2, A3,..., An. Chacune de ces boîtes peut à son tour se décomposer en différentes boîtes représentant des sous- fonctions : A11,..., A22,..., An1. La décomposition s'achève quand le niveau de détail souhaité est atteint. Comment déterminer le nombre de boîtes du niveau A0 ? Le nombre de boîtes est obtenu à partir de l'identification des fonctions : il y a autant de boîtes que de fonctions principales (diagramme pieuvre). 2 – Les systèmes automatisés Les systèmes automatisés ont pour fonction d'améliorer les conditions de travail et la productivité des entreprises. Suivant le niveau de leur application, ils sont plus ou moins complexes. Un système automatisé comprend toujours : q une partie opérative (PO) qui regroupe l'ensemble des opérateurs technologiques qui assurent et contrôlent la production des effets utiles, pour lesquels le système automatisé a été conçu ; q une partie commande (PC) qui élabore des ordres en fonction des informations reçues de la partie opérative ou à partir des consignes affichées par l'opérateur. Un système automatisé est constitué d'une ou plusieurs chaînes fonctionnelles. Une chaîne fonctionnelle (ou axe) est l'ensemble des constituants organisés en vue de l'obtention d'une tâche opérative, c'est-à-dire d'une tâche qui agit directement sur la matière d'œuvre. Exemples : Prendre un objet, déplacer une charge, chauffer une pièce, réguler une température, ... Les constituants d'une chaîne fonctionnelle : Un système peut comporter plusieurs chaînes fonctionnelles dont certaines sont regroupées organiquement : on appelle alors ces sous-ensemble, des sous-ensembles fonctionnels. Actionneur : Objet technologique convertissant une grandeur d'entrée (énergie) en une grandeur de sortie (énergie) utilisable pour obtenir une action définie. Exemples : vérin hydraulique, moteur électrique à courant continu, ... Capteur : Objet technologique de prélèvement d'information sur un processus, réalisant la conversion d'une grandeur physique mesurée (grandeur d'entrée) en une autre grandeur physique accessible au sens ou exploitable par un constituant de traitement (grandeur de sortie). Exemples : capteur de position inductif, capteur de fin de course d'un vérin pneumatique, code à barres, ... Effecteur : Elément terminal de la chaîne d'action, convertissant l'action de l'actionneur en un effet ou une opération sur la partie opérative. Systèmes ______________________________________________________________________________________________________ Lycée Vauban, Brest – classe de PTSI – 3 Exemples : pince de robot, préhenseurs, barrière, tambour de lave-linge, ... Préactionneur : Constituant de la gestion de l'énergie de commande de l'actionneur. Exemples : contacteur, distributeur pneumatique, transistor de commutation, ... Architecture type d'une chaîne fonctionnelle La partie commande d'un système automatisé, est souvent constituée par un automate programmable industriel (API), c'est-à-dire un constituant électronique programmable dédié à la commande de processus industriels où le traitement séquentiel est dominant. Il est constitué d'une unité centrale (un processeur et des cartes d'entrées/sorties), d'une mémoire, d'interface E/S, d'une alimentation, d'éléments de dialogue avec l'homme. La programmation d'un API se réalise par console de programmation ou par micro-ordinateur, grâce à des langages spécifiques (langage GRAFCET, langage booléen, langage à contact, langage littéral). Partie Commande Préactionneur(s) Actionneur(s) Capteur(s) Partie Opérative Effecteur(s) Chaîne d'acquisition Chaîne d'action Module de dialogue(s) Module d'entrée(s) Module de sortie(s) Unité centrale Ordre d'action Energie modulée en vue de l'action Energie mécanique Grandeur physique à mesurer Grandeur amplifiée, codée représentative de la grandeur physique à mesurer Ordre d'action Présentation obsolète Systèmes ______________________________________________________________________________________________________ Lycée Vauban, Brest – classe de PTSI – 4 Démarche qui consiste à recenser, caractériser, ordonner, hiérarchiser et valoriser les fonctions du système. Cette analyse s’applique à la création ou à l’amélioration d’un produit. Elle décompose le système pour y faire ressortir : q les fonctions de service qui répondent au besoin ; q les fonctions techniques qui réalisent les fonctions de service ; q l’organisation de l’ensemble de ces fonctions. Remarque : la notion de fonction permet de définir un système en terme de finalité et non de solution. normes NF X50-150, X50-151 Une fonction est une action d’un produit ou de l’un de ses constituants exprimée en terme de finalité. Une fonction s’exprime à l’aide d’un verbe à l’infinitif suivi d’un ou plusieurs compléments. On distingue différentes fonctions : Les fonctions de service sont des actions attendues pour répondre au besoin d’un utilisateur donné. Exemple : maintenir constante la température d’un four. Les fonctions techniques sont les actions entre les constituants du produit définies par le concepteur dans le cadre d’une solution assurant les fonctions de service. Exemple : transformer un mouvement de rotation en mouvement de translation. Les contraintes sont des limitations à la liberté du concepteur jugées nécessaires par le demandeur. Exemple : respecter l’interchangeabilité des constituants. On applique aux fonctions des critères de valeur comme par exemple, des limites de coût, des niveaux de performances, des normes de sécurité ... Critère d’appréciation : critère retenu pour apprécier la manière dont une fonction est remplie ou une contrainte imposée. Exemples de critères : durée de vie, maintenabilité, vitesse, température d’utilisation ... Niveau d’un critère d’appréciation : niveau repéré dans l’échelle adoptée pour un critère d’appréciation d’une fonction. Exemples : T = 20 °C ± 2 °C, durée de vie d’un roulement : 10 000 heures ... Flexibilité d’un niveau : ensemble d’indications exprimées par le demandeur sur les possibilités de moduler un niveau recherché pour un critère d’appréciation. Exemples : limite d’acceptation (valeurs minimales et maximales), classe de flexibilité (impératif, négociable ...) Analyse fonctionnelle Fonctions Critères d’appréciation des fonctions Outil d’analyse F.A.S.T. Description fonctionnelle des systèmes Systèmes ______________________________________________________________________________________________________ Lycée Vauban, Brest – classe de PTSI – 5 La méthode FAST (Function Analysis System Technique) permet à partir d’une fonction principale à satisfaire une décomposition en fonctions techniques pour aboutir aux solutions technologiques. Il s’agit de relier et d’ordonner toutes les fonctions techniques assurées par les éléments du système pour répondre aux questions : Pourquoi cette fonction doit-elle être assurée ? Comment cette fonction doit-elle être assurée ? Quand cette fonction doit-elle être assurée ? L’outil FAST est un outil d’analyse descendante fonctions-solutions agençant un ensemble de blocs- fonctions. La logique d’association des blocs selon l’axe temps est une logique de type ET : la réalisation d’une fonction de niveau n associe une ou plusieurs fonction de niveau n+1. Comment réaliser un diagramme FAST ? 1 - Définir le problème recherche de la chaîne fonctionnelle relative à la fonction de service ; 2 - Rechercher toutes les fonctions techniques en effectuant une analyse interne du produit ; 3 - Trier les fonctions techniques et les exprimer d’une manière rigoureuse ; 4 - Construire uploads/Industriel/ cours-analyse-fonctionnelle.pdf