Lernzettel: Analyse fonctionnelle et structurelle SysML

📋 Plan du Cours

1. Analyses fonctionnelle et structurelle
2. Frontière d’étude et environnement
3. Besoin et fonction globale
4. Exigences et cahier des charges
5. Structure SysML des systèmes
6. Chaînes fonctionnelles
7. Chaîne de puissance
8. Chaîne d’information

📖 1. Analyses fonctionnelle et structurelle

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaîne fonctionnelle : Met en relation les composants internes d’un système avec leur fonction dans la réalisation d’une activité particulière.

📝 Points essentiels

📌 L’analyse fonctionnelle décrit le besoin auquel répond un système et les contraintes qu’il doit respecter, tandis que l’analyse structurelle définit ses composants internes et leurs interactions.

📖 2. Frontière d’étude et environnement

🔑 Notions clés & Définitions

• Frontière d’étude : Définit le système étudié et distingue ses composants ou sous-systèmes internes de l’environnement extérieur.

★ À maîtriser

• Un système n’est jamais isolé de l’extérieur : il interagit avec son environnement et doit s’adapter à ses contraintes.

Compléments

• Pour Dassault Aviation, le système Falcon 7X comprend l’avion, ses passagers, ses bagages et son carburant, tandis que l’air, le sol, les autres avions et les tours de contrôle appartiennent à l’environnement extérieur.

• Pour Pratt & Whitney, le système étudié est le moteur, le reste de l’avion est son environnement et la nacelle ainsi que le fuselage ne sont donc plus des composants internes.

📖 3. Besoin et fonction globale

🔑 Notions clés & Définitions

• Besoin client : Ce que le système doit satisfaire pour répondre aux attentes d’un utilisateur potentiel.
• Fonction globale : La raison d’être d’un système du point de vue de l’utilisateur.
• Diagramme des cas d’utilisation : Le diagramme SysML des cas d’utilisation formalise la fonction globale, les types d’utilisateurs appelés acteurs et les services attendus par chacun.

📝 Points essentiels

• Le besoin des clients évolue constamment sous l’effet des changements économiques, sociaux et environnementaux ainsi que des innovations.

💡 Astuce mémo

Besoin client → fonctions du système

📖 4. Exigences et cahier des charges

🔑 Notions clés & Définitions

• Exigence : Exprime une capacité ou une contrainte que le système doit satisfaire, liée à un besoin utilisateur ou à une contrainte du milieu extérieur.
• Caractérisation d’une exigence : Une exigence est caractérisée par un critère mesurable, un niveau attendu correspondant à une valeur nominale et une flexibilité indiquant l’importance du critère.
• Cahier des charges : Regroupe les exigences à satisfaire par le système ainsi que leurs critères et niveaux, pour chacun de ses modes et phases d’utilisation.

📝 Points essentiels

• Dans un diagramme SysML des exigences, une exigence peut être incluse dans une autre et une relation peut lui ajouter des précisions, notamment des données quantitatives.

• En CPGE, les données du cahier des charges servent à quantifier les écarts entre performances attendues, performances réelles et performances anticipées par simulation.

💡 Astuce mémo

Critère → niveau → flexibilité

📖 5. Structure SysML des systèmes

🔑 Notions clés & Définitions

• Diagramme de définition de blocs : Inventorie les composants d’un système et le décompose hiérarchiquement en systèmes et sous-systèmes par une analyse descendante.
• Diagramme de blocs internes : Identifie les flux de matière, d’énergie et d’information entre les composants d’un système.

★ À maîtriser

• En SysML, la composition signifie que le bloc conteneur a nécessairement besoin du bloc contenu, l’agrégation signifie qu’il n’en a pas nécessairement besoin et l’association indique que les blocs ne sont pas liés hiérarchiquement.

Compléments

• Les ports de flux représentent les échanges de matière, d’information ou d’énergie entre constituants de même niveau, tandis que les ports standards représentent les services invoqués par un autre constituant.

• Pour un système complexe, plusieurs diagrammes peuvent présenter des niveaux de précision et de raffinement différents afin d’éviter de concentrer toutes les informations sur un seul diagramme illisible.

💡 Astuce mémo

BDD : composants ; IBD : échanges

📖 6. Chaînes fonctionnelles

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaîne d’information : Traite les informations provenant de l’utilisateur et des capteurs afin de produire des ordres transmis à la chaîne de puissance.
• Chaîne de puissance : Gère le flux d’énergie nécessaire à la réalisation d’une activité du système.

📝 Points essentiels

• Une chaîne fonctionnelle décrit les composants et la fonction des composants intervenant dans la réalisation d’une unique activité, laquelle peut être réalisée successivement ou simultanément avec d’autres activités.

💡 Astuce mémo

Information → puissance → activité

📖 7. Chaîne de puissance

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie : Mesure la capacité d’un système à modifier un état ou à produire un travail et s’exprime en joules dans le Système international.
• Puissance : La quantité d’énergie échangée par unité de temps entre les composants d’un système ou entre les systèmes et s’exprime en watts, avec $1\,\mathrm{W}=1\,\mathrm{J\cdot s^{-1}}$.
• Effecteur : Transforme la matière d’œuvre et constitue le composant qui agit directement sur elle.

★ À maîtriser

📐 Formule — Dans une chaîne de puissance, la puissance scalaire vérifie $P(t)=e(t)f(t)$, où $e(t)$ est l’effort et $f(t)$ le flux.

• L’alimentation fournit ou stocke l’énergie, le pré-actionneur distribue ou module la puissance, l’actionneur convertit la puissance en un autre type, le transmetteur l’adapte sans changer son type et l’effecteur agit sur la matière d’œuvre.

Compléments

• En électricité, l’effort est la tension U(t) et le flux est le courant I(t) ; en mécanique de translation, l’effort est la force F(t) et le flux la vitesse v(t) ; en mécanique de rotation, l’effort est le couple C(t) et le flux la vitesse angulaire ω(t).

📖 8. Chaîne d’information

🔑 Notions clés & Définitions

• Capteur : Prélève une grandeur physique et produit un signal qui en est l’image et qui peut être exploité par l’unité de commande.
• Unité de commande : Traite, grâce à un programme mémorisé, les informations des capteurs, de l’interface homme-machine et de l’interface de communication afin de faire fonctionner le système.
• Interface homme-machine : Traduit la consigne de l’utilisateur en signal exploitable par la commande et informe l’utilisateur sur l’état du système.
• Interface de communication : Permet au système d’échanger des informations avec d’autres systèmes, notamment pour la commande à distance, les mises à jour automatiques, le diagnostic et la maintenance à distance.

★ À maîtriser

• Un signal analogique peut prendre une infinité de valeurs continues, un signal numérique prend des valeurs discrètes codées par un mot binaire et un signal logique ne possède que deux valeurs, comme 0 ou 1.

Compléments

• Le terme capteur désigne un dispositif produisant un signal analogique, codeur un dispositif produisant un signal numérique et détecteur un dispositif produisant un signal logique.

📊 Tableaux de synthèse

BDD et IBD

Diagramme	Rôle	Éléments décrits
BDD	Décomposer le système	Composants et hiérarchie
IBD	Décrire les échanges	Flux et services entre composants

Constituants des chaînes

Constituant	Fonction principale
Alimentation	Fournir ou stocker l’énergie
Pré-actionneur	Distribuer ou moduler la puissance
Actionneur	Convertir le type de puissance
Transmetteur	Adapter et transmettre la puissance
Effecteur	Transformer la matière d’œuvre