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Ingénierie système Objectifs du cours : Après avoir étudié l’ensemble de la séq

Ingénierie système Objectifs du cours : Après avoir étudié l’ensemble de la séquence cours-TD-TP, vous devez être capable de : – Situer le système industriel dans son domaine d’activité et donner ses caractéristiques générales, – Identiﬁer les matières d’oeuvre entrante et sortante, – Préciser les caractéristiques de la valeur ajoutée par le système, – Déﬁnir la nature des énergies ou informations d’entrée et sortie, – Décrire le fonctionnement pour présenter un système (vocabulaire adéquat, outils de la communication technique), – Relever les performances et les comparer aux caractéristiques du CdCF, – Identiﬁer et caractériser les éléments de structure, – Identiﬁer les actionneurs et pré-actionneurs, – Identiﬁer les capteurs, – Identiﬁer les transmetteurs, – Identiﬁer une commande programmable et ses interfaces, – Analyser tout ou partie d’un système selon un point de vue donné (structurel ou fonc- tionnel), – Compléter une description fonctionnelle ou un diagramme SysML – Analyser ou interpréter un diagramme SysML – Prendre des initiatives et travailler en équipes. Table des matières 1 Notion de système 3 1.1 Déﬁnitions et exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Complexité des systèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 Cycle de vie et (éco-)conception d’un produit industriel . . . . . . . . . . . . . 7 1.4 L’ingénierie système & nécessité de modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 Caractéristiques globales d’un système 9 3 Outils et démarches d’analyse d’un système 13 3.1 Quelques mots sur le langage SysML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.2 Description fonctionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2.1 Diagramme des exigences (Req – SysML Requirement Diagram) . . . . . 15 3.2.2 Diagramme de cas d’utilisation (UC – SysML Use case Diagram) . . . . 16 3.2.3 Diagramme de contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.3 Description structurelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.3.1 Diagramme de déﬁnition de blocs (BDD – SysML Block Deﬁnition Dia- gram) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.3.2 Diagramme de blocs internes (IBD – SysML Internal Block Diagram) . . 19 3.3.3 Diagramme paramétrique (PAR – SysML Parametric Diagram) . . . . . 19 3.3.4 Architecture d’un système automatisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.4 Description comportementale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.4.1 Le diagramme de séquences (SD – SysML Sequence Diagram) . . . . . . 23 Étude des systèmes 3.4.2 Le diagramme d’états / transitions (STM – SysML State Machine Diagram) 24 3.4.3 Le diagramme d’activité (ACT – SysML Activity Diagram) . . . . . . . . 25 3.4.4 Schéma blocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.5 Outils de description technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.6 La démarche ingénieur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4 Bilan : enseignements de SI 28 2 Étude des systèmes 1 Notion de système 1.1 Déﬁnitions et exemples Système 1 : On appelle système un assemblage, une collection organisée (possédant une struc- ture) d’objets reliés ou branchés (en interrelation) les uns aux autres, de façon à former une entité ou un tout remplissant une ou plusieurs fonctions. Un système est un produit artiﬁciel de l’esprit des hommes. Exemples de systèmes : – Système nerveux : combinaison d’éléments qui se coordonnent pour concourir à un résultat. – Système linguistique : ensemble de termes déﬁnis par les relations qu’ils entretiennent entre eux. – Système capitaliste, système de parenté : modes d’organisation. – Système d’équations : ensemble de plusieurs équations liant simultanément plusieurs variables. – Système industriel : ensemble artiﬁciel de pièces destiné à répondre à un besoin (du grand public, des entreprises, ...). Théorie des systèmes 2 : Théorie générale et interdisciplinaire qui étudie les systèmes en tant qu’ensembles d’éléments, matériels ou non, en relation les uns avec les autres et formant un tout. Remarques : Un système n’est pas un ensemble. Il sufﬁt de connaître tous les éléments d’un ensemble pour connaître l’ensemble. Mais il ne sufﬁt pas de connaître tous les composants d’un sys- tème pour connaître le système, il faut aussi connaître les relations entre les composants (voir Figure 1). Roues Moyeu Chaîne Guidon Plateau Pédales Manivelles Cadre Potence Fourche Selle Tige de selle Système Vélo FIGURE 1 – Connaître tous les éléments du système vélo ne sufﬁt pas pour comprendre le fonctionnement du système (G. Chapey, Analyse des systèmes industriels, ENS Cachan 2002). 1. J.L. Lemoigne — Théorie du système général — Ed. PUF. 2. Larousse. 3 Étude des systèmes Un système n’est jamais isolé de l’extérieur, mais au contraire il interagit avec lui. Pour modéliser un système, il faut donc non seulement modéliser ses constituants, les liaisons entre ces constituants, mais aussi les relations avec les éléments du milieu extérieur (EME) qui déﬁnit les limites du système (trait en pointillés sur la Figure 3). Ex (Figure 2) : le vélo est en relation avec l’homme, le sol et l’air qui sont des éléments du milieu extérieur pour le système vélo. Homme FIGURE 2 – Un système dans son environne- ment. liaison composant FIGURE 3 – Composants, liaisons, relations avec l’extérieur et frontière d’un système. L’homme a rapidement été confronté à sa faible capacité physique et a appris à maîtriser d’autres sources d’énergies pour accomplir des tâches à sa demande. Un grand nombre de systèmes techniques sont apparus, pour lesquels l’homme commande, en fournissant une faible énergie, un système mettant en œuvre de grandes énergies. Par exemple les charrues, les systèmes d’irrigation, les engins de chantier, les voitures, etc... L’homme commande le système technique qui est la partie opérative réalisant la tâche que l’homme ne peut faire de ses propres forces. Système technique : La norme NFE 90-001 déﬁnit un système technique comme "un ensemble d’élé- ments interconnectés de façon logique, qui se coordonnent pour réaliser une tâche précise". Récemment, l’homme a aussi cherché à rendre les systèmes automatiques, en intégrant au système une partie commande qui pilote la partie opérative de manière autonome. La partie commande tient compte d’informations provenant de l’extérieur pour commander la partie opérative. L’homme n’a plus besoin d’agir sur le système pour qu’il réalise seul la tâche, sauf pour éventuellement donner des consignes ou des réglages. Par exemple on trouve des ma- chines à café automatiques remplaçant des machines à café et le garçon de café. Les avions de ligne peuvent se comporter comme un système technique (avion commandé par le pilote) ou en système automatique (avion sur pilotage automatique). Les centrales nucléaires sont aussi des systèmes automatiques (l’homme donne seulement les consignes de production). Système automatisé (ou automatique) : Un système est dit automatisé s’il réalise la fonction seul, sans intervention hu- maine. L’automatisation est aujourd’hui indispensable dans le milieu industriel et présente dif- férents avantages : 4 Étude des systèmes – Coût : c’est la première source de motivation pour l’automatisation : une machine qui fonctionne seule, sans opérateur, permet d’économiser de l’argent à long terme. – Quantité : un système automatisé est souvent plus rapide que l’homme et permet des cadences plus élevées (ex : fabrication des cartes électroniques). – Qualité : un système automatisé est plus ﬁable que l’homme sur les opérations répéti- tives. – Pénibilité : un système automatisé évite à l’homme uploads/Industriel/ cours-etude-systemes-complet-sup.pdf