Identification des comportements physiques structurants

Chakrabarti et al. utilisent une représentation du concept et de la situation physique, basée sur des phrases comprenant des informations sur la fonction, la structure, les variables physiques [Cha 92]. Ils proposent une démarche pour identifier les contraintes importantes, à partir de la connaissance sur le concept de solution initial. L'analyse de phrases décrivant les actions, permet d'identifier ce qui relève de la structure, de la fonction, et de variables physiques. Il faut par contre, pour lister les contraintes physiques, identifier les interactions fonction-comportement. Il faut alors utiliser des bases de données de types de contacts, de composants, de fonctions (et verbes associés), d'effets physiques. Différents diagrammes sont nécessaires pour représenter les relations et interactions entre variables physiques, entre effets physiques présents dans le concept.

Une fonction est un flux d'énergie, de matière ou d'information entre des objets; où le changement d'état causé par un (ou plus) de ces flux [Ull 03].

Nous proposons de réaliser les blocs diagrammes fonctionnels avec les éléments des premiers niveaux de l'organigramme technique, et d'y représenter les flux entre les éléments du produit suivants : contact, énergie, matière, estime, information.

Cette représentation permet de visualiser le chemin fonctionnel minimal pour réaliser les conditions fonctionnelles, et ainsi d'identifier les éléments clés faisant transiter le flux fonctionnel principal.

Les flux fonctionnels font appel à des phénomènes physiques. Les comportements physiques pertinents apparaissent. A chaque flux physique correspond une (ou plusieurs) contrainte(s) :

- Pour les flux véhiculant de la matière, de l'énergie, les conditions de passage sont identifiées grâce aux lois de conservation. Il convient donc d'écrire les bilans (conservation de la masse, de l'énergie, etc.) et les conditions aux limites.

- Les flux induits résultent des gradients de variables d'état (CEM, pertes de charges, etc.). Les outils MAL'IN® _{facilitent l'écriture d'un graphe exhaustif (Figure 51) et l'identification}

des flux : L'aide à la construction des graphes (annexe III) propose notamment d'identifier les effets induits (Tableau 10).

- En intégrant les milieux extérieurs, le fonctionnement du système peut être complètement décrit. Le bloc diagramme substances-champs est ordonné en terme de proximité des composants; leurs interactions sont établies plus aisément.

Les interactions avec des milieux extérieurs peuvent être un flux fonctionnel utile ou nuisible. Le comportement, la tenue du composant lui même doit être prise en compte si il est victime des effets nuisibles.

- Ainsi, des critères matériaux complémentaires peuvent être identifiés. Il peuvent être liés à des fonctions mécaniques (rigidité, élasticité, etc.), ou à des fonctions spécifiques (thermique, chimique, etc.).

Gradients Effet produit Effet induit

Température Flux de chaleur Dilatation/Rétraction/Jeu/Bridage

Fluage

Flux d’électrons Charge/Décharge électrique

Pression Débit de fluide Fuites

Migration de fluide dans le solide Dilatation/Rétraction/Jeu/Bridage

Pollution, Encrassement Pression partielle ou

Concentration Diffusion d’un composant dans l’autre (et inversement) Pollution, Dépôt, Encrassement Givrage, Prise en glace

Potentiel Electrique Flux d’électrons Charge/Décharge électrique

Champ magnétique Polarisation

Champ magnétique Flux d’électrons Charge/Décharge électrique

Potentiel chimique Flux de matière (électrolyse) Corrosion Tableau 10: Effets induits par les effets générés par des gradients (cf. annexe III).

Pour l'exemple de l'aspirateur, l'effet produit par la différence de pression est le débit d'air; l'effet induit est l'encrassement du sac. Le GSC (Figure 51) identifie l'action suivante : la poussière obstrue le sac.

Figure 51: Graphe des associations Substances-Champs de l'aspirateur.

Chaque action du graphe, entre deux composants, permet d'identifier les variables pertinentes dans le phénomène physique mis en jeu, ainsi que les relations à écrire (Tableau 11).

Les paramètres pertinents au niveau système, ne le sont pas forcément au niveau composant. Il convient de discerner le niveau systémique pertinent à décrire.

Description du graphe Comportement physique

Composant Action Composant Variables Relations

Ventilateur Aspire Air Débit, pression Conservation

Sac jetable Laisse passer Air Débit, pression, porosité Conservation du débit Pertes de charges

etc. etc. etc. etc. etc.

Tableau 11: Exploitation du GSC et identification des comportements physiques à traduire.

5.7.2 Récapitulatif

Le Tableau 12 récapitule les différents types de caractéristiques structurantes liées aux comportements physiques.

Caractéristique structurante Ecriture (évaluation quantitative)

Eléments clés, faisant transiter le flux fonctionnel principal.

▪ Lois de conservation -de la masse

-de l'énergie (chaleur, énergie mécanique ou de déformation…)

-de la quantité de mouvement ▪ Conditions aux limites Comportements physiques pertinents et

prépondérants

▪ Relations de couplage induites -Pertes de charges

-Modèles de contact, frottement -Interaction électromagnétique Tenue de composant aux effets nuisibles

Règles de calcul imposées par les codes -CODAP (Code de construction des appareils à pression),

-CODETI (Code de construction des tuyauteries industrielles),

-CODRES (Code français de construction des réservoirs cylindriques en acier),

-COVAP (Code de construction des générateurs de vapeur),

-Eurocodes (Règles de calcul de structures en acier, béton, bois, etc.),

-PS92 (Règles de construction parasismique),

-Règles NV 65 modifiées 99 et N 84 modifiées 2000 (définissant les effets de la neige et du vent sur les constructions),

-Règles BAEL 91 modifiées 99 et BPEL 91 (Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions en béton armé et précontraint),

-Règles FEM (règles de dimensionnement des appareils de levage),

-Code RCCM : Règles de conception et de construction de matériels nucléaires, etc.

-Fonctions mécaniques (rigidité, élasticité, résistance fatigue, usure, chocs …)

Critères matériaux

-Fonctions spécifiques : thermique, chimique (résistance à la corrosion…), électrique, optique, magnétique, acoustique …

Tableau 12: Différents types de caractéristiques structurantes liées aux comportements physiques.