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Cours CI-1

Ingénierie système et SysML MP

SI

Lycée Claude Bernard 3

I. L’Ingénierie Système. Définition de l’entreprise :

L’entreprise peut être décrite comme une association de personnes mettant en commun des ressources intellectuelles, financières et matérielles dans un objectif partagé : la conception, la réalisation, la commercialisation et le suivi d’un produit ou d’un service à destination d’usagers appelés « clients ». Les personnes concernées par cette association sont les ouvriers et les cadres qui travaillent physiquement dans l’entreprise mais également les investisseurs et les fournisseurs.

Modélisation des attentes du client : Le Cahier des Charges Fonctionnels.

Le CdCF est un document qui permet de modéliser les attentes et besoins du client, il servira de référence tout au long de la vie d’un produit. Ce cahier des charges ne précise pas la solution technique.

Figure 1 : rôle du CdCf dans la conception d’un produit.

Structure de l’Ingénierie Système. L’ingénierie système (IS) est une démarche méthodologique pour maîtriser la conception des systèmes et produits complexes. On peut aussi la définir comme « une approche interdisciplinaire rassemblant tous les efforts techniques pour faire évoluer et vérifier un ensemble intégré de systèmes, de gens, de produits et de solutions de processus de manière équilibrée au fil du cycle de vie pour satisfaire aux besoins client ». Les pratiques de cette démarche sont aujourd’hui répertoriées dans des normes, réalisées à l'aide de méthodes et supportées par des outils.

Figure 2 : Ingénierie Système.

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Méthodes de conception en Ingénierie Système.

Figure 3 : processus de conception « en cascade ».

Figure 4 : processus de conception « en V ».

II. Présentation de SysML. Depuis 2003, le monde du logiciel s’est mis d’accord sur l’utilisation d’un outil commun : UML. Mais l’extension d’UML à l’ensemble de l’ingénierie Système ne pouvait se faire facilement. En 2007, la première version adaptée à l’Ingénierie Système voyait le jours : SysML. SysML n’est pas une méthode, mais un ensemble d’outils graphiques définis par un métalangage qui offrent au concepteur toutes les facilités pour construire un modèle à forte cohérence sémantique. Il permet de spécifier les systèmes, de concevoir, définir et analyser leur structure et leur fonctionnement dynamique, de simuler leur comportement afin de valider leur faisabilité avant leur réalisation. Il intègre les composants physiques de toutes technologies, les programmes, les données et les énergies, les personnes, les procédures et flux divers.


Quelques avantages de SysML : ● Il facilite la collaboration transdisciplinaire de tous les spécialistes de corps de métier, ● Il permet la mise à jour, le stockage et, surtout le partage des informations, ● Il permet la modélisation du système à toutes les étapes de son cycle de développement et de vie, ● Il permet l’intégration et la mise en relation cohérente des différentes composantes techniques dans un même modèle, ● Il permet la validation de solutions par une simulation basée sur des diagrammes paramétrique.

SysML s’articule autour de neuf types de diagrammes, chacun d’eux étant dédié à la représentation des concepts particuliers d’un système. Ces types de diagrammes sont répartis par l’OMG (Objet Management Group) en trois grands groupes :

• quatre diagrammes comportementaux : 1. diagramme d’activité (montre l’enchainement des actions et décisions au sein d’une activité complexe) ; 2. diagramme de séquence (montre la séquence verticale des messages passés entre blocs au sein d’une interaction) ; 3. diagramme d’états (montre les différents états et transitions possibles des blocs dynamiques) ; 4. diagramme de cas d’utilisation (montre les interactions fonctionnelles entre les acteurs et le système à l’étude) ;

• un diagramme transverse : le diagramme d’exigences (montre les exigences du système et leurs relations) ; • quatre diagrammes structurels :

1. diagramme de définition de blocs (montre les briques de base statiques : blocs, compositions, associations, attributs, opérations, généralisations, etc.) ; 2. diagramme de bloc interne (montre l’organisation interne d’un élément statique complexe) ; 3. diagramme paramétrique (représente les contraintes du système, les équations qui le régissent) ; 4. diagramme de packages (montre l’organisation logique du modèle et les relations entre packages).

La structure du système est représentée par les diagrammes de blocs. Le diagramme de définition de blocs (block definition diagram) décrit la hiérarchie du système et les classifications système/composant. Le diagramme de bloc interne (internal block diagram) décrit la structure interne du système en termes de parties, ports et connecteurs. Le diagramme de packages est utilisé pour organiser le modèle.

Figure 5 : structure des 9 diagrammes SysML.

Les diagrammes comportementaux incluent le diagramme de cas d’utilisation, le diagramme d’activité, le diagramme de séquence et le diagramme de machines à états. Le diagramme de cas d’utilisation fournit une description de haut niveau des fonctionnalités du système. Le diagramme d’activité représente les flots de données et de contrôle entre les actions. Le diagramme de séquence représente les interactions entre les parties du système qui collaborent. Le diagramme de machines à états décrit les transitions entre états et les actions que le système ou ses parties réalisent en réponse aux événements. Le diagramme d’exigences capture les hiérarchies d’exigences, ainsi que leurs relation de dérivation, de satisfaction, de vérification et de raffinement. Ces relations fournissent la capacité de relier les exigences les unes aux autres, ainsi qu’aux éléments de conception et aux cas de tests. Remarques : les Deux diagrammes grisés (packages et activité) ne sont pas au programme des classes prépas.


III. Analyse externe du système « valideur de ticket » : diagramme des cas d’utilisation et diagramme des exigences.

Ce système technique est installé à bord des véhicules de transport public comme les bus et les tramways. Il contrôle la validité du titre de transport des usagers et permet également de collecter des informations utiles à l'établissement de statistiques sur l'utilisation des véhicules. En général, un bus totalement équipé comprend :

• au moins 2 valideurs de titre de transport situés à proximité des portes d'accès,

• un pupitre relié par liaison série aux deux valideurs. Installé près du chauffeur, il recueille les données d'exploitation (nombre de titres de transports validés, type de titre de transport, état de fonctionnement de chaque valideur, etc...). Lorsque le véhicule rejoint le dépôt, ces informations sont transférées sur ordinateur pour y être analysées.

Le valideur est constitué d'un boîtier amovible enfiché sur un socle solidaire d'un des montants du véhicule. Il est verrouillé par une clé. Il comporte une fente permettant à l'utilisateur d'introduire son billet et une fenêtre de signalisation permettant de renseigner le client sur la validité de son titre de

transport. L'énergie électrique du système est fournie par le bus (24V en courant continu). Les titres de transport se présentent sous la forme d'un carton de 0,3 mm d'épaisseur revêtu d'une piste magnétique. Cette piste est conçue pour ne pas être démagnétisée par un aimant du commerce.

Diagramme des cas d’utilisation. Le diagramme des cas d’utilisation (use case diagram) répertorie les fonctions d’usage que le système offre à chacun de ses acteurs utilisateurs afin de satisfaire leurs besoins. Il ne doit pas préciser comment il assure ces services. Pour le construire, on se limitera aux cas d’utilisation principaux sans entrer dans le détail. Le diagramme des cas d’utilisation du valideur de ticket se met sous la forme suivante :

Figure 6 : valideur de ticket.

Figure 7 : dimensions ticket.


Figure 8 : diagramme des cas d’utilisation.

Diagramme des exigences. Un diagramme des exigences (requirement diagram) répertorie en les classant les affinements des fonctions d’usage et les différentes contraintes et conditions qui doivent être respectées par le système afin qu’il puisse fonctionner correctement mais qui ne sont pas des buts principaux. Le diagramme des exigences du valideur de ticket se met sous la forme suivante. Ce diagramme se limite aux exigences principales :

Figure 9 : diagramme des exigences de base.

Quelques caractéristiques graphiques :

Cas d’utilisation Acteur principal Acteur secondaire

Relation entre un acteur et un cas d’utilisation.

Relation d’extension entre 2 cas d’utilisation.

Relation d’inclusion entre 2 cas d’utilisation.


Dans une utilisation du diagramme des exigences en phase rétro-conception, on peut tracer un second niveau où le diagramme des exigences avec les éléments du système qui satisfont aux exigences :

Figure 10 : diagramme des exigences.


Description d’une exigence. Contenance : décomposition en plusieurs exigences. Satisfaction : élément qui satisfait à une exigence. Raffinement : ajoute des précisions à l’exigence.


Le cahier des charges fonctionnel. Pour réduire l’empreinte carbone du secteur transport des particuliers, plusieurs constructeurs automobiles développent des véhicules électriques avec des systèmes de récupération d’énergie au freinage. Le principe de récupération d’énergie est identique chez tous les constructeurs mais la réalisation et les algorithmes diffèrent quelque peu. Le support utilisé comme illustration de ce principe innovant est la Renault « Fluence Zéro Émission » commercialisée courant 2012 en Europe. Afin de respecter la confidentialité du développement de ce véhicule, les données ont été modifiées pour les besoins de ce sujet et les cas d’usage étudiés sont limitatifs.

Figure 11 : bilan énergétique d’un véhicule électrique.

Afin de minimiser la consommation électrique des véhicules électriques, une solution consiste à récupérer l’énergie cinétique et/ou potentielle du véhicule lors des phases de freinage. Pour cela, on exploite la réversibilité de la chaîne d’énergie électrique en faisant fonctionner l’actionneur électrique de la chaîne de transmission en mode générateur.

Le système de récupération d’énergie lors des freinages obéit au cahier des charges suivant :

Figure 12 : diagramme du contexte du système de freinage.


Fonctions Enoncé Critères Niveaux

FS1 Assurer la décélération du véhicule imposée par le conducteur.

Freinage nominal en cycle urbain

Route horizontale

Vitesse initiale 50 km/h

Distance d’arrêt 50 m

FS2 Récupérer une quantité optimale d’énergie dans la batterie.

Minimum d’énergie économisée par rapport à un véhicule électrique traditionnel sur une séquence urbaine type.

25% d’énergie économisée

FS3 Assurer le confort du conducteur et de ses passagers.

Décélération en régime permanant à la levée du pied

2 m.s-2

Limitation des à-coups

Premier dépassement en décélération inférieur à 50% de la valeur en régime permanant, lors d’un freinage nominal.

Limitation des vibrations Moins de 5 oscillations en décélération en dehors de la bande ± 5% autour de la courbe gabarit

FS4 Arrêter le véhicule en toute sécurité

Mode freinage mécanique privilégié lors d’un freinage d’urgence

Pour une vitesse initiale de 50 km/h, la distance d’arrêt maximale doit être de 15 m

Figure 13 : extrait du cahier des charges.


IV. Analyse interne du système « valideur de ticket » : diagramme de définition des blocs et diagramme des blocs internes.

Éléments constitutifs du valideur (voir Annexe A) Le mécanisme du valideur est réalisé en deux parties articulées entre elles pour permettre le débourrage rapide de l’appareil (en cas de bourrage du titre par exemple). La partie haute (Fig.1) (couloir supérieur et bloc charnière 25) supporte les capteurs optiques d’entrée A et de traitement B, les têtes de lecture et d’écriture magnétiques hautes C et E et les galets d’entraînement 17. La partie basse (Fig.2) (couloir inférieur et platine avant 26) comprend tous les éléments de la partie mécanique nécessaires à l’entraînement du titre de transport : moteur 1, courroie crantée 7, poulies crantées 6 et 12 (non visibles), tendeur 19, poulie 14, courroie transporteuse 22 ; mais aussi la tête d’impression G, les têtes de lecture et d’écriture magnétique basses D et F (Fig.1) et les galets d’entraînement. La carte électronique (non visible) est située derrière la platine arrière. Le bloc d’alimentation (non visible) se trouve dans la partie basse du valideur. Description du fonctionnement du valideur (voir Annexe B) Au cours du cycle normal de validation, l'usager insère son titre de transport dans le valideur (bande magnétique vers le haut ou vers le bas). Dès que le billet est détecté par le capteur optique A, le moteur 1 se met en marche actionnant ainsi le mécanisme d'entrainement du ticket. Celui-ci est donc acheminé vers les différents postes de traitement grâce à la courroie transporteuse 22. Le cycle de traitement du titre de transport comporte plusieurs phases :

a. la longueur du titre est mesurée entre les capteurs d'entrée A et le capteur de traitement B. Si la longueur du titre n'est pas conforme, le sens de déplacement du titre est inversé renvoyant ainsi le titre de transport vers la fente pour que l'usager puisse le récupérer et un message d'erreur s'affiche (dans ce cas, le cycle est terminé).

b. Le titre arrive ensuite au niveau de la tête de lecture haute C ou basse D qui vérifie le précodage de la piste magnétique.

c. Le sens de déplacement du titre est alors inversé pour qu'il puisse être analysé par le capteur de traitement B. d. Le sens de déplacement est à nouveau inversé. Le titre est alors codé grâce à la tête d'écriture haute E ou basse F. e. Le sens de déplacement du titre est inversé lorsque celui-ci arrive au niveau de la tête de lecture haute C. Il est

alors relu par la tête de lecture C ou D. f. Enfin, le déplacement du titre est ralenti pour que la tête d'impression G puisse imprimer le ticket avant que

celui-ci ne soit restitué à l'usager.

Diagramme de définition des blocs. La nature structurelle du système est représentée par le diagramme de définition des blocs (BDD, Block Definition Diagram). Ce diagramme permettra la description technique des éléments constitutifs du système. La décomposition pourra se faire dans des niveaux différents suivant la nature du besoin du schéma. Le diagramme de définition des blocs du valideur de ticket se met sous la forme suivante. Ce diagramme se limite aux premiers niveaux de décomposition :

Figure 14 : diagramme de définition des blocs.


Le diagramme suivant représente une décomposition technique plus fine di diagramme de définition des blocs :

Figure 15 : diagramme de définition des blocs détaillé.


Block ou partie du système. Relation de composition : élément indispensable au fonctionnement du système. Relation d’agrégation : élément secondaire du système.

Relation d’association.


Diagramme de définition des blocs. Le diagramme des blocks internes (IBD, Internal Block Diagram) est associé au BDD. Il permet d’établir les liens (flux) entre les différents éléments décrit dans le BDD. Ci-dessous deux versions du diagramme des blocs internes du valideur de ticket :

Figure 16 : diagramme des blocs internes.

Figure 17 : diagramme des blocs internes détaillé.


L’IBD permet de décrire l’ensemble du système. Le schéma apparaître les chaînes d’énergie et d’information, lui se limite à une seule chaîne. Sur le schéma ci-dessous, on se limite à la sous-fonction « Déplacer le ticket ». Les 3 têtes d’écriture ne sont pas représentées, elles interviendraient dans la chaîne de la fonction « Imprimer et coder le ticket ».

Figure 18 : chaîne d’information et chaîne d’énergie de la fonction « Déplacer le ticket ».


Block ou partie du système. Port entrant. Port sortant.

Connecteur de flux d’information. Connecteur de flux d’énergie. Connecteur de flux de matière.

Ordres conducteur

Infos vers conducteur

+


V. Diagrammes SysML du correcteur de portée. Diagramme d’exigences.

Diagramme du contexte.


Diagramme de définition des blocs :

Diagramme des blocs internes :


Annexe A : éléments constitutifs


Annexe B : cheminement du titre de transport dans le valideur

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