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Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée

Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP Florestan MATHURIN Page 1 sur 7 (1) En MPSI/MP seulement une partie du cycle en V d’un système est abordée (zone encadrée en pointillés). La démarche ingénieur simplifiée de CPGE permettra de déterminer les performances attendues, les performances simulées et les performances mesurées d’un système puis d’évaluer les écarts pouvant exister entre ces performances. Remarque importante : La caractérisation des écarts 1, 2 et 3 s’inscrit dans une démarche formative purement pédagogique, la réalité industrielle est généralement bien plus complexe. Fiche 01 - Démarche Ingénieur en CPGE MPSI/MP Un système complexe pluri-technologique remplit une fonction globale qui est directement liée à un (ou plusieurs) besoin(s) d’un client utilisateur. Ce système est constitué d’un ensemble d’éléments (sous-systèmes ou composants) inter-reliés qui interagissent les uns avec les autres d’une manière organisée pour accomplir une finalité commune. Ces éléments (sous- systèmes ou composants) peuvent être nombreux et les interactions de formes différentes (échange de matière, d’énergies ou d’informations). SYSTEME Sous-système Composant Sous-système Elément environnant Elément environnant Elément environnant MILIEU ENVIRONNANT La formation en Sciences Industrielles pour l’Ingénieur en CPGE MPSI/MP consiste à analyser ces systèmes complexes pluri-technologiques, modéliser ces systèmes, résoudre pour déterminer les performances de ces systèmes, expérimenter ces systèmes, concevoir ces systèmes, tout en utilisant les outils adaptés pour communiquer. Définition du besoin et étude de faisabilité Définition des exigences Conception de l’architecture fonctionnelle Conception de l’architecture organique Processus de réalisation Fabrication - réutilisation - achats Réception Assemblage Validation du système Vérification de l’intégration Système livré Utilisation Maintenance Recyclage Destruction Processus d’intégration Démarche ingénieur abordée en MPSI/MP (1) Performances attendues Performances mesurées Performances Simulées Ecart 3 Ecart 2 Ecart 1 Processus de conception Performances attendues Performances mesurées Ecart 1 Performances simulées Ecart 3 Ecart 2 Domaine du commanditaire Domaine du laboratoire Domaine de simulation Système souhaité Système en utilisation Système simulé Activités de TP (MPSI) Activités de TP (MPSI) Activités de TP ou de TD Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP Florestan MATHURIN Page 2 sur 7 (2) Grâce à internet, et en particulier au « Cloud », tous les documents peuvent maintenant être partagés en temps réel avec tous les collaborateurs, y compris ceux situés de l’autre côté de la planète. (3) Airbus, Thalès, Alstom, … (5) Même si le passage reste encore complexe, les logiciels de modélisation SysML deviennent de plus en plus couplés à d’autres logiciels permettant de réaliser de la simulation multi- physique, il est ainsi possible d’anticiper la façon dont va se comporter un système avant même d’avoir réalisé un premier prototype. (4) Appelés diagrammes. Le travail des différents acteurs intervenant lors des étapes du cycle en V d’un système est collaboratif (2). Cela signifie que chaque acteur travaillant sur le projet doit en permanence être informés et tenir compte des évolutions initiées par d’autres. Dans ce contexte il est indispensable qu’ils utilisent tous un langage unique compréhensible par tous les métiers (publicitaires, concepteurs, sous-traitants…). Une des solutions vers laquelle se tournent certaines entreprises (3) est le langage SysML issue de l’Ingénierie Système. Ce langage a l’avantage de proposer différents outils de description graphique (4) adaptés aux différentes étapes du cycle de vie du système. Les diagrammes interagissent entre eux grâce à des logiciels dédiés, ce qui permet de répercuter immédiatement toute modification réalisée sur le système à l’ensemble des acteurs concernés par le projet. Les différents diagrammes SysML pour un même système sont construits selon 3 points de vue. Le point de vue fonctionnel qui consiste à décrire les actions effectuées par le système pour répondre à la question « A quoi sert-il ? » Le point de vue structurel qui consiste à décrire les composants du système, son environnement ainsi que les relations entre ces composants pour répondre aux Diagramme de bloc interne Diagramme paramétrique LANGAGE SYSML Diagramme des exigences Diagramme des cas d’utilisation Diagramme d’activités Diagramme de séquence Diagramme d’état Diagramme de définition de blocs Diagrammes fonctionnels Diagrammes comportementaux Diagramme des paquets Diagrammes structurels questions « De quoi est-il composé ? » et « Comment est-il organisé ? ». Le point de vue comportemental qui consiste à modéliser le produit et son environnement au sein d'une théorie afin de répondre, par la simulation (multiphysique (5) le plus souvent), à la question « Quelles sont ses performances ? ». Modélisation SysML Simulation multi-physique Logiciel utilisant le langage SysML Logiciel de simulation multiphysique SysML n’est pas une méthode, il ne s’agit que d’un langage libre. D’autre part il n’est qu’en lecture en CPGE et la rédaction de diagrammes n’est pas exigible au concours. Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP Florestan MATHURIN Page 3 sur 7 (2) Le diagramme d’exigences est relié aux autres types d’éléments SysML par plusieurs types de relation : - « refine » : exigence / élément comporte- mental - « satisfy » : exigence / bloc d’architecture - « verify » : exigence / cas de test réalisé (1) Les principaux atouts de ce diagramme sont de pouvoir assurer la traçabilité en documentant les exigences au fur et à mesure du projet par ajout d’éléments venant d’autres diagrammes SysML, de s’assurer de la cohérence entre ce que fait réellement le projet et ce qu’il doit être fait et de faciliter l’analyse d’impact en cas de changement de solutions techniques. (3) Les objectifs principaux des diagrammes de cas d’utilisation sont de définir tous les cas d’utilisation découlant de la fonction globale afin d’identifier toutes les actions réalisables en utilisant le système et d’identifier toutes les interactions avec les acteurs extérieurs au système qui réalisent et/ou subissent ces actions. Fiche 02 - Diagrammes Fonctionnels SysML Diagramme des exigences (Requirement Diagram – req –) (1) Le diagramme des exigences permet de regrouper toutes les exigences du cahier des charges. Chaque exigence peut être associée à un critère d’évaluation assorti d’un niveau et d’une flexibilité qui permettent de quantifier l’exigence. La sous exigence 1.5 « est contenu dans » l’exigence 1 Le bloc 1.3.1 précise la sous exigence 1.3 Exigence 1.1 (Sous exigence) Exigence du système Référence à des éléments d’autres diagrammes SysML (2) Exemple de diagramme des exigences (simplifié et partiel) pour le système Hemomixer Diagramme des cas d’utilisation (Use Case Diagram – uc –) Le diagramme des cas d’utilisation permet de décrire les actions réalisables en utilisant le système ainsi que les services rendus par le système aux acteurs(3). Acteur Frontière du système Relation entre le système et l’acteur utilisateur Fonction globale du système Exemple de diagramme des cas d’utilisation (simplifié et partiel) pour le système Hemomixer Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP Florestan MATHURIN Page 4 sur 7 (1) Ce modèle fonctionnel chaîne d’information/chaîne d’énergie est purement pédagogique. Il a pour vertu de proposer un canevas pour l’analyse des systèmes complexes pluri- technologiques. Cependant ce canevas est un modèle général et certaines fonctions techniques ne sont pas forcement utiles sur certains systèmes. Il faut adapter le modèle à chaque système. Fiche 03 - Notion de Chaines Fonctionnelles La fonction globale des systèmes complexes pluri-technologiques étudiés en SII, est d’apporter une valeur ajoutée à un flux de matière, de données et/ou d’énergie. Pour chacun de ces trois types de flux, un ensemble de procédés élémentaires de stockage, de transport et/ou de traitement est mis en œuvre pour apporter la valeur ajoutée au(x) flux entrant(s). On peut distinguer au sein de ces systèmes deux parties, l’une agissant sur les flux de données, appelée chaîne d’information, l’autre agissant sur les flux de matières et d’énergies, appelée chaîne d’énergie. Chaîne d’information Chaîne d’énergie Interface Energie entrante Niveau décisionnel Données entrantes Matière d’œuvre entrante Matière d’œuvre sortante Energie sortante Données sortantes Chacune des deux chaînes peut être décomposée en un certain nombre de fonctions élémentaires (1) : ALIMENTER TRAITER MEMORISER Capteurs Unité de commande Interface de communication H/M Unité d’alimentation Pré-actionneur Actionneur Eléments de transmission de puissance Effecteur Matière d’œuvre entrante Matière d’œuvre sortante CODER COMMUNIQUER STOCKER MODULER CONVERTIR TRANSMETTRE et ADAPTER AGIR RESTITUER PRODUIRE LOCALEMENT ACQUERIR ACQUERIR Interface de communication H/M Informations opérateur Convertisseur Périphériques réseau Informations réseau sortantes Unité de stockage d’énergie Unité de production d’énergie Chaîne d’information Chaîne d’énergie Informations d’état à acquérir sur la chaîne d’énergie = Lien de puissance = Lien d’information Informations réseau entrantes Consignes opérateur Energie entrante Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP Florestan MATHURIN Page 5 sur 7 (2) Une chaîne fonctionnelle est un ensemble de constituants organisés en vue de la réalisation d’une seule activité. Un système complexe pluri-technologique comporte généralement plusieurs chaînes fonctionnelles différentes. Dans le cas de l’hemomixer il faudrait ajouter par exemple les chaines fonctionnelles correspondant aux dispositifs de pesage et de clampage. (3) ~ 5/6 chaînes fonctionnelles différentes maximum environ. ALIMENTER TRAITER MEMORISER Détecteur de position infrarouge Microcontroleur Afficheur Alimentation carte Carte commande uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-01-fiches-syntheses-analyse-structurelle-des-systemes-complexes.pdf