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Cours 02 - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée Fermat Toulouse -

Cours 02 - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée Fermat Toulouse - CPGE MPSI/PCSI Florestan MATHURIN Page 1 sur 4 (1) Cela implique aussi qu’ils sont aussi de plus en plus complexes. (2) comme par exemple une machine équipant une usine de production industrielle vendue en quelques exemplaires. (3) comme par exemple un Smartphone vendu à des millions d’exemplaires Analyse Structurelle des Systèmes Complexes « Bloc » - Dispositif de pesage et d’agitation de la poche de sang « Bloc » - Hemomixer « Bloc » - Dispositif de clampage « Bloc » - Carte électronique « Bloc » - Pupitre « Bloc » - Alimentation EXEMPLE DE SYSTEME COMPLEXE PLURI-TECHNOLOGIQUE HEMOMIXER L’Hemomixer, piloté par une carte électronique, est principalement constitué d’un dispositif de pesage et d’agitation (qui permet, d’une part, de peser en temps réel le sang prélevée sur le donneur et, d’autre part d’agiter la poche contenant le sang prélevé afin d’éviter la coagulation) ainsi que d’un dispositif de clampage (qui permet de pincer la tubulure pour stopper l’écoulement du sang). L’analyse structurelle consiste à décrire les composants d’un système complexe pluri- technologique, son environnement ainsi que les relations entre ces composants pour répondre aux questions « comment fonctionne le système ? », « de quoi est-il composé ? » et « comment est-il organisé ? ». L’objectif de ce cours est de mettre en place les méthodes et les démarches d’analyse structurelle pour répondre à ces questions. 1 - CLASSIFICATION DES SYSTEMES COMPLEXES PLURI-TECHNOLOGIQUES Les systèmes peuvent être classés suivant plusieurs points de vue comme leur secteur technologique, leur domaine d’application ou leur contexte technico-économique. Beaucoup de ces systèmes sont de plus en plus connectés (1), c’est-à-dire qu’ils communiquent de plus en plus entre eux. Cela leur permet d’avoir de nouvelles fonctionnalités, on peut :  consulter ses mails sur une montre connectée à son smartphone,  collecter et analyser sur son ordinateur des données issues d’un pèse- personne,  programmer à distance sa chaudière à partir d’une tablette… Transport  Aéronautique, automobile, ferroviaire, … Electronique grand public  Téléphonie, informatique, électroménager, … Energie  Eolien, solaire, nucléaire, … Bâtiment  Domotique, réseaux, gros œuvre, … Santé  chirurgie, paramédical, aide à la personne, … … Classer les systèmes suivant des points de vue permet de comprendre certains choix de conception sur le système :  un système de diffusion très limitée (2) fait généralement l’objet d’études réduites et est plutôt constitués d’éléments standards,  un système de très grande diffusion (3) fait généralement l’objet d’études plus poussées afin d’optimiser les coûts. Le design est aussi souvent un élément important pour ce type de système. Cours 02 - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée Fermat Toulouse - CPGE MPSI/PCSI Florestan MATHURIN Page 2 sur 4 (4) 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. 2 - 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 (4) : 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 02 - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée Fermat Toulouse - CPGE MPSI/PCSI Florestan MATHURIN Page 3 sur 4 (6) ~ 5/6 chaînes fonctionnelles différentes maximum environ. (7) Bien que présentés séparément dans ce cours, l’ibd et le bdd (vu cours 01) s’utilisent conjointement. (8) Il s’agit du même bloc que l’on retrouve aussi dans le bdd. (9) ~ toute entrée- sortie de contrôle ou de commande. (5) 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. ALIMENTER TRAITER MEMORISER Détecteur de position infrarouge Microcontroleur Afficheur Alimentation carte Carte commande moteur Moteur courant continu Poche de sang immobile Poche de sang en mouvement MODULER CONVERTIR TRANSMETTRE et ADAPTER AGIR RESTITUER ACQUERIR ACQUERIR Informations opérateur Chaîne d’information Chaîne d’énergie Position haute ou basse bielle Pupitre opérateur Energie Electrique Energie Mécanique Consignes opérateur Plateau agitation + Etrier Commande moteur Système bielle manivelle TRANSMETTRE et ADAPTER Réducteur STOCKER Batterie Energie Electrique Exemple : Chaînes fonctionnelles correspondant au dispositif d’agitation de l’HEMOMIXEUR (5) Le modèle chaîne d’énergie / chaîne d’information est très performant pour décrire la structure des systèmes peu complexes (6) car, quelque-soit le système étudié, il permet, grâce à l’utilisation du canevas page 2, un cadre structuré et systématique pour l’analyse et la description. Cependant il reste limité pour les systèmes très complexes car il ne permet pas notamment de décrire le système en utilisant des niveaux de raffinement (ou de granularité) différents, ce qui induit très rapidement des contraintes de lisibilité. Il existe un diagramme structurel SysML qui permet de réaliser cela : c’est le diagramme de bloc interne (Internal Bloc Diagram – ibd –) (7). 3 - DIAGRAMME DE BLOC INTERNE (INTERNAL BLOC DIAGRAM – IBD –) Le « bloc » (8), qui permet de représenter les différents éléments du système, constitue toujours l’élément graphique de base. Les différents blocs sont ensuite reliés entre eux par leurs ports en fonctions des liens physiques qui existent sur le système. On retrouve 2 types de connexion par ports sur l’ibd :  les échanges de matière/information/énergie entre ces constituants grâce aux connexions entre ports de flux, Port flux entrée Port flux sortie  les échanges de services invoqués (9) grâce aux ports standards. Port standard entrée Port standard sortie Cours 02 - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes Lycée Fermat Toulouse - CPGE MPSI/PCSI Florestan MATHURIN Page 4 sur 4 (10) Grâce aux logiciels de modélisation SysML, on connecte ensuite les différents diagrammes entre eux, certains blocs à d’autres diagrammes qui viendraient détailler leurs contenus, … Les ports de flux possèdent :  un sens,  un nom facultatif décrivant l’interface représentée. Les flux de matière, d’énergie et/ou d’information  circulent entre deux ports de même niveau,  possèdent un nom facultatif Dans la pratique, on évite de concentrer toutes les informations sur un seul et même diagramme de bloc interne ce qui le rendrait illisible. On construit alors dans le modèle SysML d’un système autant de diagrammes de bloc interne que l’on souhaite avec des niveaux de précision et de raffinement différents (10). Les objectifs principaux des diagrammes de bloc interne d’un système sont :  d’agencer tous les composants élémentaires constituant le système,  d’identifier et de définir toutes les connexions entre les blocs. Exemple : Diagramme de bloc interne du dispositif d’agitation de l’Hemomixer Transfert d’informations Bloc de composant élémentaire Port correspondant au flux d’énergie électrique sortant Port correspondant au flux d’énergie électrique entrant uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-02.pdf