Etude de la partie opérative d’un système manufacturier

La modélisation intégrale de la partie opérative n’est pas une opération simple à réaliser. Une partie opérative est généralement composée de constituants physiques standards assemblés dans le but de réaliser les fonctionnalités visées par le système. L’utilisation de constituants standards permet notamment de capitaliser le travail de conception pour réduire le temps de réalisation et le coût de fabrication. Ce principe de découpage en éléments standards et de réutilisation du travail peut également être retenu pour la modélisation d’un système automatisé. Le découpage de la partie opérative peut alors être effectué différemment du découpage fonctionnel précédemment rencontré. Il ne s’agit alors plus de distinguer des fonctionnalités types dans une partie d’un système mais de créer le modèle de partie opérative en fonction des matériels la constituant. En étudiant les technologies utilisées par le système automatisé pour effectuer les actions sur le produit manufacturier, un découpage peut être proposé en fonction des constituants.

a. Les chaînes d’action et d’acquisition

La partie opérative est constituée de chaînes d’action permettant d’agir sur le produit physique à partir de l’ordre de commande envoyé par la partie commande et de chaînes d’acquisition permettant de mesurer les grandeurs physiques évoluant au cours du fonctionnement de la partie opérative. La Figure 3.3 présente le découpage de la partie opérative en différents éléments suivant leurs fonctionnalités.

La chaîne d’action est constituée de différents matériels répondant à des fonctions particulières : le préactionneur a pour but de canaliser l’énergie d’alimentation en fonction des signaux de commande transmis par la partie commande. A la sortie du préactionneur, l’énergie est conditionnée pour alimenter l’actionneur. L’actionneur convertit l’énergie fournie par le préactionneur en énergie d’action. L’effecteur permet d’appliquer l’énergie d’action au produit et d’effectuer l’opération demandée.

Les chaînes d’acquisition sont constituées de capteurs qui mesurent les grandeurs physiques nécessaires à la réalisation des actions. Les capteurs transcrivent les grandeurs physiques mesurées en signaux électriques compatibles avec les acquisitions de la partie commande.

Partie opérative

Partie

commande ^Actionneurs

Capteurs

Action sur le produit et évolution des grandeurs physiques

Transfert d’énergie de forte puissance

Transfert d’énergie de faible puissance (signaux)

alimentation en énergie de puissance signaux de commande distribution de l’énergie Effecteurs Préactionneurs signaux d’acquisition Traitement de l’information Chaîne d’ ac tion Ch aîne d’ac quisition signal électrique application de l’énergie

Figure 3.3 : constituants de la partie opérative

Pour palier les inconvénients évoqués précédemment d’une modélisation par description fonctionnelle du comportement perçu par le concepteur, nous proposons d’élaborer le modèle de la partie opérative en modélisant le comportement des chaînes d’action et d’acquisition. Pour la chaîne d’action, des solutions technologiques sont généralement prédéfinies en fonction du type d’énergie mise en œuvre. Ainsi, les préactionneurs sont souvent associés aux distributeurs pneumatiques ou hydrauliques ou aux relais électriques à contacts. Les actionneurs correspondent à des vérins ou à des moteurs pneumatiques, hydrauliques ou électriques pour les actions mécaniques de déplacements ou de pression de contact.

Dans la chaîne d’acquisition, les capteurs transcrivent une grandeur physique en signal électrique nécessitant d’être traité pour que la partie commande puisse l’interpréter. Les détecteurs comportent à la fois la partie capteur et traitement de l’information pour fournir un signal Tout-Ou-Rien (TOR). Les détecteurs sont souvent utilisés pour indiquer la situation dans laquelle se trouvent les actionneurs ou les effecteurs par une information partielle. Les détecteurs déterminent également des informations sur le produit en cours de traitement sur la partie opérative.

b. Le niveau de détails et degré de précision à

considérer dans la modélisation

La modélisation de la partie opérative peut donc passer par la représentation formelle du comportement de chacun des éléments énumérés précédemment. Cette modélisation prend en compte tous les matériels présents sur le système depuis le câblage de la partie commande jusqu’à l’action physique générée.

En fonction de l’utilisation du modèle de partie opérative, l’interprétation du fonctionnement des éléments est plus ou moins importante. Modéliser le système avec la finesse la plus importante possible n’est pas une bonne solution : les outils mathématiques utilisés dans les applications doivent pouvoir exploiter le modèle de partie opérative et les informations qu’il contient et l’exploitation du modèle de partie opérative avec les outils informatiques nécessite de définir un degré de précision adéquat pour ne pas compromettre le résultat final de l’application.

Le comportement hybride de la partie opérative d’un système automatisé est souvent représenté par un modèle discret simplifiant le traitement par les outils informatiques. La modélisation de la partie opérative par un modèle discret passe donc nécessairement par une restriction des informations disponibles dans le modèle. Ce niveau de restriction représente une part importante du travail de modélisation : les grandeurs physiques continues peuvent être échantillonnées, le modèle ne peut tenir compte que des informations discrètes issues des détecteurs…

c. Problématique de la prise en compte du

temps

La modélisation du temps peut prendre des formes différentes suivant le comportement qui est spécifiquement étudié. Le temps joue un rôle important dans l’étude du comportement. Une partie opérative réelle évolue au cours du temps suivant un écoulement continu et régulier. Dans la modélisation des systèmes automatisés sous forme d’événements discrets, le temps est discrétisé : l’utilisation d’un API équipé d’un processeur implique une exécution cyclique du traitement du programme de commande. La modélisation du temps sous forme discrète peut prendre des formes diverses selon les besoins : la discrétisation périodique dans laquelle les informations contenues dans le modèle de partie opérative sont rafraichies à une date fixée, la discrétisation cyclique où les informations sont rafraichies pour chaque cycle de l’API. Dans le premier cas, la période de rafraichissement devra être déterminée en fonction des constantes de temps liées à l’API et aux actions de la partie opérative. Dans le second cas, une modélisation de l’API et du cycle d’exécution est indispensable. Le temps peut également être pris en compte plus succinctement en représentant uniquement le séquencement des évolutions successives. Le temps est donc particulièrement délicat à traiter dans la modélisation de la partie opérative notamment car des phénomènes de synchronisation sont

présents sur les entrées/sorties des API et des évolutions de la partie commande. Le temps peut également avoir des influences sur le temps de commutation des différents équipements composant la partie opérative. La modélisation du temps est nécessairement prise en compte dans la modélisation de la partie opérative mais elle peut être représentée implicitement ou explicitement.

2.La modélisation de la partie opérative par