Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle Des Systèmes Complexes

 

 

Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes

Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP

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.

Elément environnant Elément environnant

YSTEME

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 (soussystèmes ou composants) peuvent être nombreux et les interactions de formes différentes (échange de matière, d’énergies ou d’informations). 

S

 

Composant

Sous-système Sous-système

MILIEU ENVIRONNANT   Elément 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 po ur communiquer. (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 important e : La caractérisation des écarts 1, 2 et 3 s’inscrit dans une démarche formative purement pédagogique, la réalité industrielle est généralement bien plus complexe. 

Définition du besoin et étude de faisabilité

Définition des exigences

Démarche ingénieur abordée en MPSI/MP (1) 

Utilisation

Ecart 1 Performances Performances attendues mesurées Ecart 3

Conception de l’architecture fonctionnelle Processus de conception

Système livré

Ecart 2 Performances Simulées

Maintenance Recyclage Destruction

Validation du système

Vérification de l’intégration Processus d’intégration Assemblage

Conception de l’architecture organique

Réception Fabrication - réutilisation achats Processus de réalisation

Domaine du commanditaire commanditaire Système souhaité

Système en utilisation

Performances mesurées Ecart 2

Domaine de simulation

Florestan MATHURIN

 Activités de TP (MPSI)

Ecart 1

Domaine du laboratoire

Système simulé

Performances attendues

Performances simulées

Ecart 3

 Activités de TP ou de TD  Activités de TP (MPSI) Page 1 sur 7

 

Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes

Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP

(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

Le travail des différents acteurs intervenant lors des étapes du cycle en V d’un système est (2) collaboratif . 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

de l’autre côté de la planète.

(publicitaires, concepteurs, sous-traitants…).

(3)

 Airbus, Thalès, Alstom, … (4)

 Appelés diagrammes.

Une des solutions vers laquelle se tournent certaines entreprises de l’Ingénierie Système.

(3)

 est le langage SysML issue

(4)

Ce langage a l’avantage de proposer différents outils de description graphique  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 co ncernés 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 ? »

Diagrammes structurels Diagramme de définition de blocs

Diagramme des paquets Diagramme paramétrique Diagramme de séquence

LANGAGE SYSML

Diagramme de bloc interne

Diagramme des cas d’utilisation

Diagramme des exigences

Diagrammes fonctionnels

Le point de vue structurel  qui Diagramme Diagramme consiste à décrire les composants d’activités d’état Diagrammes du système, son environnement comportementaux ainsi que les relations entre ces composants pour répondre aux questions « De quoi est-il composé ? » et « Comment est-il organisé ? ». (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 multiphysique, il est ainsi possible d’anticiper la façon dont va se comporter un système avant même d’avoir réalisé un premier prototype.

Le point de vue comportemental qui consiste à modéliser le produit et(5)son environnement au sein d'une théorie afin de répondre, par la simulation (multiphysique  le plus souvent), à la question « Quelles sont ses performances ? ». Modélisation n SysML Modélisatio

Logiciel utilisant le langage SysML

Simulation multi-physique

Logiciel de simulation multiphysiq multiphysique ue

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. Florestan MATHURIN

Page 2 sur 7

 

Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes

Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP

Fiche 02 - Diagrammes Fonctionnels SysML (1)

 Les principaux atouts de ce diagramme sont de pouvoir assurer la traçabilité en documentant les exigences fur et à mesure duau 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.

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. Exemple de diagramme des exigences (simplifié et partiel) pour le système Hemomixer La sous exigence 1.5 « est contenu dans » l’exigence 1 Exigence 1.1 (Sous exigence)

Exigence du système

(2)

 Le diagramme

d’exigences est relié aux autres types d’éléments SysML par plusieurs types de relation : - « refine » : » : exigence / élément comportemental - « satisfy » : » : exigence / bloc d’architecture - « verify » : » : exigence / cas de test réalisé

Le bloc 1.3.1 précise la sous exigence 1.3 Référence à des éléments (2) d’autres diagrammes SysML  

Diagramme des cas d’utilisation (Use Case Diagram – uc –) (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.

Le diagramme des cas d’utilisation permet de décrire les actions réalisables en utilisant le (3) système ainsi que les services rendus par le système aux acteurs . Exemple de diagramme des cas d’utilisation (simplifié et partiel) pour le système Hemomixer Frontière du système  Acteur

Relation entre le système et l’acteur utilisateur

Florestan MATHURIN

Fonction globale du système

Page 3 sur 7

 

 

Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes

Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP

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. Niveau décisionnel Données entrantes

Données sortantes

Chaîne d’information Interface

Energie entrante

Chaîne d’énergie

Matière d’œuvre sortante

Matière d’œuvre entrante

(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 pluritechnologiques. 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.

Energie sortante

Chacune des deux chaînes peut être décomposée en un certain nombre de fonctions (1) élémentaires  : Informations réseau entrantes Consignes opérateur

Informations réseau sortantes

COMMUNIQUER Périphériques réseau

ACQUERIR Interface de communication H/M

ACQUERIR

CODER

RESTITUER

Informations opérateur

Interface de communication H/M

TRAITER MEMORISER

Convertisseur Unité de commande

Capteurs

Chaîne d’information

Matière d’œuvre entrante

Informations d’état à acquérir sur la chaîne d’énergie Energie entrante

Florestan MATHURIN

ALIMENTER

MODULER

CONVERTIR

Unité d’alimentation

Pré-actionneur

 Actionneur

PRODUIRE LOCALEMENT

STOCKER

Unité de production d’énergie

Unité de stockage d’énergie

TRANSMETTRE et ADAPTER

AGIR

Eléments de transmission Effecteur de puissance

Chaîne d’énergie

= Lien de puissance

Matière

= Lien d’information

d’œuvre sortante 

Page 4 sur 7

 

Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes

Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP

Exemple : Chaînes fonctionnelles correspondant au dispositif d’agitation de l’HEMOMIXEUR

(5)

 

(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.

Consignes opérateur

Chaîne d’information ACQUERIR

RESTITUER

Pupitre opérateur

TRAITER MEMORISER

Informations opérateur

 Afficheur

Microcontroleur

ACQUERIR Détecteur de  position infrarouge

Poche de sang immobile

Position haute ou basse bielle

Chaîne d’énergie Commande moteur

STOCKER

ALIMENTER

TRANSMETTRE et ADAPTER

TRANSMETTRE et ADAPTER

Réducteur

Système bielle manivelle

MODULER

AGIR Plateau agitation + Etrier

CONVERTIR Energie Mécanique

Batterie

 Alimentation carte

Energie Electrique

(3)

 ~ 5/6 chaînes fonctionnelles différentes maximum environ.

Carte commande moteur

Energie Electrique

Moteur courant continu

Poche de sang en mouvement 

Le modèle chaîne d’énergie / chaîne d’information est très performant pour décrire (3) la structure des systèmes peu complexes  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. On utilise plutôt dans ce cas les diagrammes structurels SysML.

Florestan MATHURIN

Page 5 sur 7

 

Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes

Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP

Fiche 04 - Diagrammes Structurels SysML

(1)

 Les objectifs principaux des

diagrammes de définition de blocs d’un système sont : de définir tous les composants élémentaires constituant le système, de les hiérarchiser, d’identifier et de définir les grandeurs physiques intervenant dans le système en renseignant les flux entrant/sortant ainsi que les paramètres des blocs.

Diagramme de définition de blocs (Block Definition Diagram – bdd –) Le « bloc » constitue l’élément graphique de base dans ce diagramme, il permet de représenter les différents éléments du système comme le système complet, les sous systèmes, les (1) composants élémentaires, les logiciels, …   Exemple de diagramme de définition de blocs (simplifié et partiel) pour le système Hemomixer

Flèche signifiant «est composé de» Ici : « l’hemomixer l’hemomixer est composé d’une carte électronique ». (2)

 Dans la pratique, on évite de concentrer toutes les informations sur un seul et même diagramme de définition de bloc ce qui le rendrait illisible. On construit alors dans le modèle SysML d’un système autant de diagrammes de définition de blocs que l’on souhaite avec des niveaux de précision et de raffinement différents.

(2)

Il est aussi possible d’ajouter sur chaque bloc des éléments supplémentaires  comme : •  les grandeurs physiques (values) qui caractérisent son comportement, c omportement, •  les entrées et les sorties de matière, d’énergie, d’information ou de service de ce bloc sous forme de ports (port flux ou port standard), •  des fichiers (plans, documents techniques, photos, …) en pièce jointe au bloc. Bloc du composant élémentaire élémentaire

Caractéristiques principales Caractéristiques

Port correspondant à un flux entrant

Port correspondant à un flux entrant

Diagramme de bloc interne (Internal Block Diagram – ibd –)  (3) (3) Le « bloc » , qui permet de représenter les différents éléments du système, constitue toujours  Il s’agit du même l’élément graphique de base. Les différents blocs sont ensuite reliés entre eux par leurs ports bloc que l’on retrouve aussi dans le en fonctions des liens physiques qui existent sur le système. On retrouve 2 types de connexion bdd. par ports sur l’ibd : •  les échanges de matière/information/énergie entre ces constituants grâce aux connexions entre ports de flux, Port flux entrée

Florestan MATHURIN

Port flux sortie

Page 6 sur 7

 

Cours 01 - Fiches Synthèses - Analyse Structurelle des Systèmes Complexes

(4)

 ~ toute entréesortie de contrôle ou de commande.

Lycée Bellevue Toulouse - CPGE MP

  les échanges de services invoqués (4) grâce aux ports standards.

•

Port standard entrée

Port standard sortie

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 deuxfacultatif ports de même niveau,   possèdent un nom

• •

Exemple : Diagramme de bloc interne du dispositif d’agitation de l’Hemomixer Port correspondant au flux d’énergie électrique sortant

Port correspondant au flux d’énergie électrique entrant

Transfert d’informations

Bloc de composant élémentaire

(5)

 Les objectifs principaux des diagrammes de blocs internes d’un système sont d’agencer tous les composants élémentaires constituant le système, d’identifier et de définir toutes les connexions entre les blocs.

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 définition de blocs que l’on souhaite avec des niveaux (5) de précision et de raffinement différents .

Florestan MATHURIN

Page 7 sur 7