cpge : med v g m · technique d’analyse fonctionnelle des systèmes ». le diagramme fast est un...

Génie Mécanique : Math-Sup TSI CPGE : M

ed V Beni-Mellal

Doc : 1/10

Analyse Fonctionnelle Prof : M.ELBEKRI

�� !�

Un produit ou système industriel remplit une fonction qui est directement liée au besoin d’un client

utilisateur.

Une même fonction peut être réalisée à l’aide d’une multitude de systèmes. Exemple : dans le cas de la direction assistée d’automobile, l’assistance peut être hydraulique ou électrique, positionnée en tête de colonne, sur le pignon, sur la crémaillère…

La nécessité de satisfaction du besoin du client utilisateur impose une réflexion pointue ainsi que des

étapes de formalisation indispensables notamment lors de la phase d’étude du produit.

��

��

��

��

�

��

��

��

�

��

�

Outils privilégiés :

Analyse fonctionnelle externe

Cahier des Charges Fonctionnel

Analyse fonctionnelle interne

��

��

��

� ��

Cycle de vie d’un produit industriel

Les outils privilégiés lors de cette phase d’étude (appelée aussi phase de conception ou phase de

définition) sont principalement l’analyse fonctionnelle externe (Analyse du Besoin et Analyse

Fonctionnelle du Besoin), le Cahier des Charges Fonctionnel (C.d.C.F.) et l’analyse fonctionnelle

interne (Analyse Fonctionnelle Technique).

"#�� $�� %� &

Le besoin exprimé par le client est

ensuite caractérisé par un ensemble de

prestations attendues rédigées dans le

cahier des charges des prestations.

Sur quoi agit-il ?

Dans quel but ?

A qui rend-il service ? ........................... ...................

DAE

.................................................................

........................................................................

........................................................................

........................................................................

........................................................................


ed V Beni-Mellal

Doc : 2/10


'#�� $��(�� %�( &

A partir du cahier des charges des prestations, l’entreprise caractérise le besoin qu’elle se propose de

réaliser. L’outil privilégié pour cette deuxième phase est ......................................................... qui permet

de mettre en place ....................................................et de définir ................................................... Il existe

un diagramme des inter-acteurs pour chaque phase de vie du produit.

L’objectif du diagramme des inter-acteurs est ...............................................................................................

.......................................................................................................................................................................

............................................ . La méthode consiste d’abord à définir une frontière autour du système

(Exemple : ici la Direction Assistée Electrique) et de mettre en place toutes les possibilités d’interaction

du système avec les éléments extérieurs à cette frontière (Exemple : ici le conducteur, les normes, le milieu ambiant, le réseau d’énergie et les roues). Les Fonctions de Service (FS1, FS2 …) expriment

les relations entre le système et les éléments qui interagissent avec lui.

Phase de vie : Conduite en régime établi sur route sèche .

FS1 : ..............................................

FS2 : ..............................................

FS3 : ..............................................

.......................................................

FS4 : ..............................................

Conducteur

DDAAEE

Milieu ambiant

Energie

Normes

FS1

FS2 FS3 FS4

Roues

Les Fonctions de Service sont ensuite classées en deux catégories :

- les Fonctions Principales ........................................................................................................................

.......................................................................

- les Fonctions Contraintes ......................................................................................................................

.......................................................................

Exemple : FS de la DAE classées en FP et FC FP1 : FC2 : FC3 : FC4 :

Enfin, chacune des fonctions répertoriées doit être associée à un critère d’évaluation assorti d’un

niveau et d’une flexibilité qui permettent de quantifier le critère. Exemple : caractérisation de la FP1 de la DAE

Fonction de service Critère Niveau Flexibilité

- Angle pivotement roue gauche - Angle pivotement roue droite - Diamètre de braquage entre trottoir/mur - Couple maxi au volant - Seuils déclenchement assistance :

à l’accélération au freinage

- Loi d’assistance

-39 à +30° +39° à -30° 9,8 m 9 Nm 74 km/h 68 Km/h suivant courbes

+/- 1° +/- 1° +/- 0,2m Valeur mini +/- 1 km/h +/- 1 km/h

....................................................................................................................

....................................................................................................................

....................................................................................................................

....................................................................................................................

FP1


ed V Beni-Mellal

Doc : 3/10


)#!�� *��(��%�#�#�#(#&

Le Cahier des Charges Fonctionnel est ........................................................................................................

......................................................., il comporte pour chaque phase de vie du produit :

- .....................................................................................................

- .....................................................................................................

- ...................................................................................................................................................................

.........................................................................................

Le C.d.C.F. est utilisé par différents acteurs de la chaîne industrielle comme :

- le donneur d’ordres qui utilise (ou commercialise) le système ;

- les ingénieurs des bureaux d’études qui établissent les plans et effectuent les calculs (mécanique,

résistance des matériaux, …)

L’objectif de la mise en place du C.d.C.F. est double :

- avant la conception du système, ................................................................................................................

..........................................................................................................

- après la conception, ..................................................................................................................................

..........................................................................................................

+#�� $��(��,��%�(�&

A partir du Cahier des Charges Fonctionnel, une solution est conçue et proposée par l’entreprise. La

solution est une combinaison de reconduction de l’existant pour les fonctions de service que l’on sait

bien réaliser et d’innovations pour toutes les fonctions de service innovantes. L’Analyse Fonctionnelle

Technique est ...............................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................

Les outils privilégiés sont, ...................................................................................................

4.1. Diagramme FAST

Le sigle FAST est obtenu à partir des initiales de « Functional Analysis System Technic » qui signifie «

Technique d’analyse fonctionnelle des systèmes ».

Le diagramme FAST est un outil

de description graphique qui

fournit une décomposition de la

fonction principale du système en

fonctions composantes, il décrit

aussi les solutions techniques mises

en œuvre pour les réaliser.

Fonction Principale

Fonction composante 1


Fonction

composante 12

Fonction

composante 2


Solution technique 11



Formalisation de la fonction. Les fonctions doivent être écrites sous

forme d’un verbe à l’infinitif suivi d’un complément. Fonction

Verbe à l’infinitif + complément

=

Construction et lecture du diagramme. La construction et la

lecture du diagramme se fait de la gauche vers la droite à partir

de la question « comment ? » Les réponses s’inscrivent à droite :

- encadrées et superposées s’il s’agit de fonctions

- non encadrée s’il s’agit d’une solution technique (dans ce cas

la description s’arrête pour la branche considérée).

Fonction


Fonction

composante 2

Solution technique

Comment ?

ou


ed V Beni-Mellal

Doc : 4/10


On peut aussi lire le diagramme FAST de droite à gauche.

Dans ce cas la lecture permet de répondre à la question «

pourquoi ? ».

Fonction

Solution technique

Pourquoi ?

ou

Exemple : Diagramme FAST de la DAE

ORIENTER

LES ROUES

Adapter

l’énergie

Assister la

manœuvre

Transformer le mouvement

Adapter l'effort

Désaccoupler moto-réducteur

Limiter échauffement

du moteur

Comparer consigne volant et rotation

roues

Mesurer ∆∆∆∆αααα (ou couple associé C = k∆∆∆∆αααα)

Mesurer vitesse véhicule V

Traiter ∆∆∆∆αααα et V

Gérer énergie électrique

Commander moteur

Transformer énergie

Adapter énergie

Assurer

sécurité

................................

................................

................................

................................

�

� .........................

............................

..............................

.............................

..............................

.............................

............................

............................

4.2. Diagramme SADT

Le sigle SADT est obtenu à partir des initiales de « Structured Analysis Design Technic » qui signifie

« Technique structurée d’analyse et de conception (des systèmes) ». La méthode SADT est une

méthode d’analyse descendante à plusieurs niveaux qui permet de décrire les flux de matière, d’énergie

et d’informations entre les composants d’un système.

Formalisme. Le diagramme SADT est constitué

d’une association de modules élémentaires tels que

celui présenté ci contre. Chaque module comporte une

fonction inscrite dans un rectangle, sous forme d’un

verbe à l’infinitif et d’un complément.

Fonction = verbe à l’infinitif + complément

Moyens

Entrées

Contrôles

Sorties

Le rectangle est entouré de quatre éléments informatifs (les « M.E.C.S. ») :

- au dessous : les « Moyens» ou constituants du système qui réalisent la fonction

- à gauche : les grandeurs ou matières d’œuvre d’Entrée, sur lesquels agit la fonction :

matière, énergie, information ….

- au dessus : les éléments qui exercent un Contrôle sur la façon dont la fonction se réalise :

les réglages, l’opérateur (exploitation), les programmes ou configurations, on ajoute

aussi l’énergie lorsqu’elle n’apparaît pas comme une entrée

- à droite : les grandeurs ou matières d’œuvre de Sortie, transformées par la fonction.

(Voir document Annexe)


ed V Beni-Mellal

Doc : 5/10


Le diagramme qui décrit la fonction

globale du système est nommé «

diagramme A-0 ». La fonction globale

peut être décomposée en un certain

nombre de fonctions composantes, ces

fonctions composantes sont décrites

dans des modules toujours régis par la

syntaxe précédente. Leur association

permet de tracer une représentation

SADT plus détaillée.

Les Entrées, Sorties et

données de Contrôle du

diagramme enfant de 1er

niveau (A0 par exemple)

doivent être identiques à

celles de son digramme de

niveau immédiatement

supérieur (A-0 pour le cas

du niveau A0).

Niveau A-0

Système général

Niveau A0

Diagramme

enfant de 1er

niveau

A0

A-0

1 3

2

A2

1

3

2

A24 A23

4

Niveau

plus

général

Niveau

plus

détaillé

Exemple : Direction assistée électrique

A-0

Adapter l’énergie

Assister la manoeuvre

AA22

AA11

AA00 :: OOrriieenntteerr lleess rroouueess

Orienter les roues

Energie électrique Vitesse véhicule

Consigne volant

................................... ...............................

...........

............................ ........................... ............................

.................................. ..............................

Chaîne d’assistance

Chaîne d’orientation (Direction)

Couple

d’assistance

Orientation

roues


ed V Beni-Mellal

Doc : 6/10


-#�. �� /�� 0 ��

L’ensemble des résultats de l’analyse fonctionnelle technique est regroupé dans un document appelé

cahier des charges des conditions de fonctionnement. On retrouve dans ce document toutes les

solutions techniques retenues traduites sous forme de fonctions de service réalisées. La phase

d’industrialisation ne peut démarrer que si l’écart entre les fonctions de services réalisées et les

fonctions de services attendues est jugé convenable au critère de la satisfaction du client.

Fonctions de

Service attendues

Fonctions de

Service réalisées

AFB

FAST SADT

..................................................................

....................................................................

Mesure de l’écart

Besoin C.d.C des prestations

AB

C.d.C.F.

Solution C.d.C des conditions de fonctionnement

AFT

��

��

��

��

�

��

��

��

�

� �

�

��

��

��

� ��

��


ed V Beni-Mellal

Doc : 7/10


��AB��C��DEF��C��D��

EExxeemmppllee ddee ssyyssttèèmmee

��

L’analyse globale d’un produit ou d’un système industriel est .............................................................. ..................................................................................................................................................................... ....................................................................................................... ....................................................... on s’appuie sur.......................................... et ....................................... Quelle que soit l’approche, il est nécessaire de définir au préalable le niveau d’étude qui peut se situer entre l’ensemble du système (Exemple : la direction assistée) et les composants technologiques élémentaires (Exemple : le système pignon crémaillère de la direction assistée). Le diagramme FAST est l’outil privilégié pour la description des composants d’un système par fonctions (analyse fonctionnelle) alors que le diagramme SADT est l’outil privilégié pour décrire les flux de matière, d’énergie et d’informations entre les composants d’un système (analyse structurelle).

!��"�#�D�A��$�$��C��DEF��

�

Les systèmes peuvent être classés suivant leur domaine d’application (Exemple : aéronautique, automobile, électroménager, domotique, médical…) mais aussi suivant leur contexte technico-économique. Si les systèmes sont plutôt de diffusion limité (Exemple : Eléments constituants les usines de production industrielle), ils font généralement l’objet d’études réduites et sont plutôt constitués d’éléments standards. Si les systèmes sont des produits de grande diffusion (Exemple : Produits électroménagers), ils font généralement l’objet d’études plus poussées afin d’optimiser les coûts. Le design est aussi souvent un élément important pour ce type de systèmes. �

�%!��D�A��"A�#D�A��C��DEF��C��D��&��D�#'��(��

La fonction principale des systèmes industriels pluritechniques complexes étudiés en SII, est ................................................................................................. ............................................................., 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 .................................................. appelée ......................................, l’autre agissant ............................................... , appelée .............................

6.

6.

6.


ed V Beni-Mellal

Doc : 8/10


Chaine d’information

Chaine d’énergie

Interface Energie entrante

Niveau décisionnel

Données entrantes

Matière d’œuvre entrante Matière d’œuvre sortante

Energie sortante

Données sortantes

La chaîne d’information ou partie commande élabore les ordres, transfère, stocke, transforme les informations puis pilote le fonctionnement du système. La chaîne d’énergie ou partie opérative transforme et adapte l'énergie, transmet les efforts et agit sur la matière d’œuvre. Chacune des deux chaînes peut être décomposée en un nombre limité de fonctions techniques principales.

DISTRIBUER TRANSMETTRE ET ADAPTER �

CONVERTIR � AGIR �ALIMENTER �

COMMUNIQUER �TRAITER �ACQUERIR �

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

Ordres

Energie entrante

Energie sécurisée

Energie distribuée

Energie utile

Energie nécessaire

Informations destinées à d’autres systèmes et/ou d’interfaces Homme/Machine

Chaîne d’énergie

Chaîne d’information

Informations utilisables par la partie commande

Informations utiles

Informations issues d’autres systèmes et/ou d’interfaces Homme/Machine Capteurs Unité de commande Interface de communication

Unité d’alimentation Préactionneur Actionneur Eléments de transmission de puissance

Effecteur

Matière d’œuvre entrante

Matière d’œuvre sortante

Lorsque le contrôle des transferts d’énergie est un élément prépondérant du fonctionnement du système, les résultats obtenus à l’issue de l’analyse système devront mettre en valeur une description structurelle « chaîne d’énergie + chaîne d’information » telle que celle présentée tout en respectant les règles du diagramme SADT. �

2.1 Chaîne d’information La chaîne d’information permet :

- d’acquérir des informations • sur l’état d’un produit ou de l’un de ses éléments (en particulier de la chaîne d’énergie), • issues d’interfaces homme/machine ou élaborées par d’autres chaînes d’information, • sur un processus géré par d’autres systèmes (consultation de bases de données,

partage de ressources…),

6.


ed V Beni-Mellal

Doc : 9/10


- de traiter ces informations, - de communiquer les informations générées par le système de traitement pour réaliser

l’assignation des ordres destinés à la chaîne d’énergie et/ou pour élaborer des messages destinés aux interfaces homme/machine (ou à d’autres chaînes d’information).

Automates programmables Ordinateurs

Microcontrôleurs

COMMUNIQUER �TRAITER �ACQUERIR �

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

Informations destinées à d’autres systèmes et/ou d’interfaces Homme/Machine

Chaîne d’information

Informations utilisables par la partie commande

Informations issues d’autres systèmes et/ou d’interfaces Homme/Machine

Capteurs Unité de commande Interface de communication

Ordres à donner sur la chaîne d’énergie

Informations utiles

Commandes TOR Cartes E/S industrielles

Réseau Ethernet …

�2.2 Chaîne d’énergie

La chaîne d’énergie, associée à sa commande, assure la réalisation d’une fonction de service dont les caractéristiques sont spécifiées dans le cahier des charges. Elle est constituée des fonctions génériques : alimenter, distribuer, convertir, transmettre et adapter qui contribuent à la réalisation d’une action (Agir). L’action à réaliser impose un flux d’énergie que le système doit transmettre et gérer par sa commande. Les performances dépendent des caractéristiques des divers constituants de la chaine d’énergie.

DISTRIBUER TRANSMETTRE ET ADAPTER �

CONVERTIR �ALIMENTER �

Ordres de la chaîne d’information

Energie entrante

Energie sécurisée (Électrique, hydraulique, pneumatique)

Informations prélevées destinées à la chaîne d’information

Chaîne d’énergie

Unité d’alimentation

Préactionneur Actionneur

Eléments de transmission de puissance

Energie sécurisée

Energie mécanique utile

Energie nécessaire pour l’action

Raccord réseau d’énergie Prise EDF

Batterie, accumulateur, …

Contacteurs Relais et relais statiques

Variateurs, Hacheur Distributeurs, …

Réducteurs, multiplicateurs, …

Moteurs, vérins

AG�

�

6.


ed V Beni-Mellal

Doc : 10/10


Exemple : Diagramme SADT de la fonction assister la manœuvre de la DAE par la représentation chaîne d’énergie + chaîne d’information.

Acquérir Traiter

Distribuer Convertir Transmettre et adapter Agir

Carte + hacheur

CHAINE D’INFORMATION

CHAINE D’ENERGIE

A2 : Assister la manœuvre

Energie électrique

Consigne volant

Vitesse véhicule

Capteurs Calculateur

Moteur Réducteur + Embrayage

Ordres Couple d’assistance

Colonne de direction reliée à la roue dentée

Energie mécanique

Communiquer

Carte

Orientation roues

Remarque : Le modè le fonctionnel de la figure est un modèle général dont on se sert comme canevas mais certaines fonctions techniques ne sont pas forcement utiles sur certains systèmes. Il faut adapter le modèle à chaque système. Dans le cas de la fonction assister la manœuvre de la DAE, la fonction alimenter n’est pas utile puisque l’énergie électrique est une donnée d’entrée du diagramme.�

cpge : med v g m · technique d’analyse fonctionnelle des systèmes ». le diagramme fast est un...

Documents