CI-1 : Analyser et décrire les systèmes industriels

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CI-1 : Analyser et décrire les systèmes industriels

Germain Gondor

LYCÉECARNOT(DIJON), 2013 - 2014

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Sommaire

1 Introduction

2 Relation Client-Entreprise

3 Cahier des Charges Fonctionnelles (CdCF)

4 Ingénierie Système

5 SysML

6 Analyse et description des systèmes à l’aide de SysML

7 Chaînes fonctionnelles

Sciences de l’Ingénieur (MPSI - PCSI) CI-1 : Analyser et décrire les systèmes Année 2013 - 2014 2 / 128

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Introduction

Sommaire

1 Introduction

Ingénieur pour demain Devenir ingénieur Etre élève en CPGE Devenir ingénieur 3D Compétences ingénieur

5 SysML

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Ingénieur pour demain

Elèves en CPGE, de nombreuses portes s’ouvrent à vous. Certains deviendrons:

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Introduction Ingénieur pour demain

Ingénieur pour demain

• profs (ce n’est pas grave. . .)

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Ingénieur pour demain

• chercheurs (enseignants chercheurs)

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Ingénieur pour demain

• ingénieurs (la plupart)

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Ingénieur pour demain

• ingénieurs (la plupart)

• . . .

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Ingénieur pour demain

L’éventail des secteurs économiques dans lesquels vous allez travailler est très large :

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Ingénieur pour demain

L’éventail des secteurs économiques dans lesquels vous allez travailler est très large : Pour cela, vous intégrerez ou vous créerez des entreprises.

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Vos défis pour demain

Accès à l’eau

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Vos défis pour demain

Accès à l’eau

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Vos défis pour demain

Accès à l’eau

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Vos défis pour demain

Accès à l’eau

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Vos défis pour demain

Accès à l’eau

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Vos défis pour demain

Accès à l’énergie

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Vos défis pour demain

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Vos défis pour demain

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Vos défis pour demain

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Vos défis pour demain

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Vos défis pour demain

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Vos défis pour demain

Accès à la santé

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Vos défis pour demain

Accès aux transports

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Vos défis pour demain

Accès à l’information

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Introduction Etre élève en CPGE

Etre élève en CPGE :

(26)

Etre élève en CPGE :

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Etre élève en CPGE :

Ce n’est pas cela !

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Etre élève en CPGE :

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Etre élève en CPGE :

Facebook est votre ennemi !

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Etre élève en CPGE :

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Etre élève en CPGE :

Attention, ceci pourrait vous arriver !

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Etre élève en CPGE :

(33)

Etre élève en CPGE :

(34)

Etre élève en CPGE :

(35)

Etre élève en CPGE :

Trav ail

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Etre élève en CPGE :

Trav ail Concentration

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Etre élève en CPGE :

Organisation

(38)

Etre élève en CPGE :

Organisation

Rigue ur

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Etre élève en CPGE :

Organisation

Rigue ur

Présence

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Etre élève en CPGE :

Organisation

Rigue ur

Présence

Participation

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Etre élève en CPGE :

Organisation

Rigue ur

Présence

Participation Enthousiasm e

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Etre élève en CPGE :

Organisation

Rigue ur

Présence

Astuce

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Etre élève en CPGE :

Organisation

Rigue ur

Présence

Astuce

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Etre élève en CPGE :

Organisation

Rigue ur

Présence

Astuce

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Etre élève en CPGE :

Organisation

Rigue ur

Présence

Astuce

Il faut chercher à obtenir la plus grande surface pour profiter pleinement de ce passage en classe préparatoire.

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Devenir ingénieur 3D

Pour relever les défis du XXIème siècle, vous devez devenir des ingénieurs trois dimensions:

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Introduction Devenir ingénieur 3D

Devenir ingénieur 3D

• généralistes, de hauts niveaux scientifique et technique

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Devenir ingénieur 3D

• experts dans le lancement et le pilotage de projets innovants

(49)

Devenir ingénieur 3D

• à forte culture internationale

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Devenir ingénieur 3D

• à forte culture internationale

Formés pour les entreprises, les gouvernements et les institutions, vous devrez être capables d’intégrer les grandes questions enrivonnemen- tales et sociétalesdans une stratégie de développement équilibré.

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40 % de la formation d’ingénieur s’effectue en prépa !

Ecole d’ingénieur

CPGE

M2

M1

L3

L2

L1

Lycée

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40 % de la formation d’ingénieur s’effectue en prépa !

CPGE

M2

M1

L3

L2

L1

Lycée IUT IUT

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40 % de la formation d’ingénieur s’effectue en prépa !

CPGE

M2

M1

L3

L2

L1

Lycée IUT IUT

BTS BTS

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40 % de la formation d’ingénieur s’effectue en prépa !

CPGE

M2

M1

L3

L2

L1

Lycée IUT IUT

BTS BTS ATS

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40 % de la formation d’ingénieur s’effectue en prépa !

CPGE

M2

M1

L3

L2

L1

Lycée IUT IUT

BTS BTS ATS

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40 % de la formation d’ingénieur s’effectue en prépa !

CPGE

M2

M1

L3

L2

L1

Lycée IUT IUT

BTS BTS ATS

Décret du 3 mai 2007

Les classes préparatoires aux grandes écoles [. . . ] dispensent des formations de l’enseignement supérieur qui s’inscrivent [. . . ] au sein des études conduisant au grade de licence.

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Introduction Compétences ingénieur

Compétences ingénieur

La classe préparatoire constitue vos deux premières années de formation durant laquelle vous allez acquérir un un grand nombre de connaissances mais aussi de compétences.

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Compétences ingénieur

La classe préparatoire constitue vos deux premières années de formation durant laquelle vous allez acquérir un un grand nombre de connaissances mais aussi de compétences.

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Compétences ingénieur

La filière PTSI-PT permet d’acquérir compétences dans tous les champs présentés précédemment.

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Compétences ingénieur

En filière PCSI-PSItout comme enMPSI-MP, la compétenceRéaliser n’est pas abordée.

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Compétences ingénieur

En filière PCSI-PSItout comme enMPSI-MP, la compétenceRéaliser n’est pas abordée.

Enfin, pour obtenir la compétence Expérimenter, les MPSI devront prendre l’option SI au second semestre.

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Sommaire

1 Introduction

2 Relation Client-Entreprise Problématique

Entreprise Performance

Systèmes complexes

5 SysML

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Relation Client-Entreprise Problématique

Problématique

Pour survivre, une entreprise doit réussir à satisfaire ses clients. Ce dernier est donc au cœur du processus de conception. En effet, à cause de la concurrence qui peut proposer des produits similaires, le rôle de l’entreprise est donc deminimiser l’écart entre le besoin du client et la prestation ou le produit réalisé.

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Ainsi tout produit, tout système nait de la volonté de satisfaire un besoin. Ce besoin peut être un simple rêve, une envie ou la réponse à un problème.

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Besoin

D^ÉFINITION: Besoin

nécessité ou au désir éprouvé par l’utilisateur (l’acheteur) potentiel. Il concerne la nature de ses attentes et non le volume du marché. Il peut être exprimé ou implicite (besoin non exprimé actuel ou futur).

Au cours du temps, les besoins exprimés ont évolués. A partir d’une simple description d’un usage:

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Besoin

• tondre la pelouse,

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Besoin

• se déplacer rapidement,

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Besoin

• communiquer à distance,

(69)

Besoin

• mémoriser l’information,

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Besoin

• mémoriser l’information,

• . . .

(71)

Besoin

On arrive ensuite à des contraintes plus importantes comme des contraintes de coût ou une exigence d’innovation:

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Besoin

• tondre la pelouse automatiquement,

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Besoin

• communiquer à distance la voix et l’image avec un objet portable,

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Besoin

• enregistrer toute ma discothèque et l’écouter n’importe où,

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Besoin

• . . .

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Besoin

• . . .

A cela se rajoute se rajoute maintenant des exigences d’environnement ou sociétales :

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Besoin

• . . .

• la réalisation du besoin doit se faire sans déchets,

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Besoin

• . . .

• être recyclable,

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Besoin

• . . .

• être équitable,

(80)

Besoin

• . . .

• être équitable,

• . . .

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Produit

DÉFINITION: Produit

ce qui est ou sera fourni à un utilisateur pour répondre à un besoin

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Produit

DÉFINITION: Produit

ce qui est ou sera fourni à un utilisateur pour répondre à un besoin Un produit n’est pas obligatoirement un objet technique, cela peut tout aussi bien être un service ou un processus.

Nous nous intéresserons ici uniquement aux produits techniques (industriels).

Avec l’évolution des besoins, les produits ont suivi la même évolution vers plus de technologie et d’automatisation intégrée.

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Produit

Nettoyer le sol

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Produit

Nettoyer le sol

⇒

Nettoyer le sol et ramasser la

poussière

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Produit

⇒

Nettoyer le sol et ramasser la poussière

⇒

Nettoyer le sol et ramasser une grande quantité de poussière

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Produit

⇒

Nettoyer le sol et ramasser une grande quantité de poussière

⇒

Nettoyer le sol et ramasser la poussière sans

sac

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Produit

⇒

Nettoyer le sol et ramasser la poussière sans

sac

⇒

Nettoyer le sol automatiquement

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Produit

⇒

Nettoyer le sol automatiquement

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Produit

Nettoyer le sol Nettoyer le sol Nettoyer le sol Nettoyer le sol Nettoyer le sol et ramasser la

poussière

et ramasser une grande quantité de poussière

et ramasser la poussière sans

sac

automatiquement

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Produit

Nettoyer le sol Nettoyer le sol Nettoyer le sol Nettoyer le sol Nettoyer le sol et ramasser la

poussière

et ramasser une grande quantité de poussière

et ramasser la poussière sans

sac

automatiquement

Le termeproduitest souvent remplacé par le termesystèmequi permet une signification plus riche et permet d’élargir à d’autres champs que les produits industriels.

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Relation Client-Entreprise Entreprise

Entreprise

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Entreprise

DÉFINITION: Entreprise

association de personnes mettant en commun des ressources intellec- tuelles, financières et matérielles dans un objectif partagé : la concep- tion, la réalisation, la commercialisation et le suivi d’un produit ou d’un service à destination d’usagers appelés clients.

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Pour satisfaire le besoin du client mais aussi pour survivre et/ou croître, elle doit veiller à:

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• un contrôle descoûts:

(95)

◦ d’étude: études de marchés, conception, simulation, conception des outillages

(96)

◦ d’industrialisation: achat des machines, fabrication. . .

(97)

◦ de commercialisation: publicité, transport. . .

(98)

◦ d’élimination: destruction, stockage, recyclage. . .

(99)

• une bonnequalitédu produit

(100)

• desdélaisfaibles afin d’assurer une bonne réactivité

(101)

• desdélaisfaibles afin d’assurer une bonne réactivité

PRODUIT COÛT

QUALITÉ DÉLAIS

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Définitions

DÉFINITION: Prix

Équivalent monétaire d’un produit lors d’une transaction commerciale.

DÉFINITION: Coût

Charge ou dépense supportée par un intervenant économique à la suite de la production et (ou) de l’utilisation d’un produit.

DÉFINITION: Qualité

Ensemble des propriétés et caractéristiques d’un produit qui lui donne l’aptitude à satisfaire des besoins exprimés ou implicites.

(103)

Définitions

D^ÉFINITION: Valeur

Jugement porté par un utilisateur sur le produit. C’est ce qui mesure le degré de satisfaction accordé par le client au produit.

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Définitions

REMARQUE:

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Définitions

REMARQUE:

Qualité = Satisfaction offerte

Satisfaction souhaitée Valeur = Satisfaction du besoin Prix

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Définitions

REMARQUE:

Qualité = Satisfaction offerte

Satisfaction souhaitée Valeur = Satisfaction du besoin Prix

La qualité étant une notion abstraite, il convient de se fixer des critères d’appréciationpermettant de quantifier ces satisfactions.

(107)

Relation Client-Entreprise Performance

Performance

Les performances et la complexité des systèmes et des produits qui nous entourent sont toujours grandissants. L’intégration des nouvelles technologies dans ces nouveaux produits impose de nouvelles ap- proches (dans la conception, la fabrication, la commercialisation).

L’ensemble de ces activités d’ingénierie est confié aux chercheurs, ingénieurs, techniciens qui imaginent, conçoivent et réalisent des systèmes modernes pour répondre aux besoins toujours en évolution des consommateurs.

(108)

L’étude de ces systèmes modernes, dans le cadre de l’entreprise, se conduit selon plusieurs points de vue:

(109)

• fonctionnel : Quelle fonction le produit remplit-il ?

(110)

• structurel : Comment se constitue le produit (composants et constituant) ?

(111)

• temporel : Quelles sont les évolutions du comportement du produit au cours du temps ?

(112)

• temporel : Quelles sont les évolutions du comportement du produit au cours du temps ?

• économique : Quels sont les aspects économiques soumit au produit ?

(113)

Relation Client-Entreprise Systèmes complexes

Systèmes complexes

Un système est un ensemble de composants qui collaborent à la réalisation d’un ensemble de tâchesen vue defournir un ensemble de services.

Cet ensemble est soumis à un environnement donné et interagit ainsi avec un sous-ensemble des éléments de cet environnement.

(114)

Nous pouvons trouver diverses définitions du système. Citons les suivantes :

(115)

D^ÉFINITION: Système [NASA1995]

ensemble de composants inter reliés qui interagissent les uns avec les autres d’une manière organisée pour accomplir une finalité commune.

(116)

D^ÉFINITION: Système [NASA1995]

ensemble de composants inter reliés qui interagissent les uns avec les autres d’une manière organisée pour accomplir une finalité commune.

D^ÉFINITION: Système [INCOSE2004]^a

a. INCOSE :International Council on Systems Engineering

Ensemble intégré d’éléments qui accomplissent un objectif défini.

(117)

Curiosity

(118)

Un système est ditcomplexelorsque les inter-relations liant les composants sont multiples, interdépendantes et bouclées: le comportement global n’est donc pas directement prévisible à partir des comporte- ments élémentaires des composants.

(119)

Le comportement des systèmes complexes dépend souvent d’un grand nombre de paramètres et de conditions initiales influant fortement sur la réponse dynamique.

(120)

Le comportement des systèmes complexes dépend souvent d’un grand nombre de paramètres et de conditions initiales influant fortement sur la réponse dynamique.

La météorologie ou les organismes vivants sont certainement des exemples parmi les plus représentatifs de tels systèmes dont la compréhension est encore aujourd’hui très sommaire.

(121)

Un système complexe est bien souvent pluri-disciplinaire ou pluri- technique et son analyse nécessite la coopération de spécialistes de plusieurs disciplines.

L’analyse des systèmes complexes requière une organisation intellec- tuelle différente de celle des systèmes simples.

(122)

Système simple

Un système simples’étudie par un raisonnement déductif par isolement des phénomènes élémentaires (validé par une expérience par exemple) ou par relations de cause à effet.

(123)

Système simple

hypothèses

(124)

Système simple

hypothèses ⇒ modèle

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Système simple

hypothèses ⇒ modèle ⇒ résultat

(126)

Système simple

hypothèses ⇒ modèle ⇒ résultat ⇒ conclusion

(127)

Système complexe

Un système complexes’étudie :

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Système complexe

• en triant les entrées et sorties significatives,

(129)

Système complexe

• en hiérarchisant l’organisation interne en niveaux,

(130)

Système complexe

• en cherchant des relations (souvent non causales) entre paramètres,

(131)

Système complexe

• en identifiant des critères de comparaison,

(132)

Système complexe

• en identifiant les boucles de rétroaction

(133)

Système complexe

• en proposant des solutions ou modèles partiellement valides.

(134)

Système complexe

• en proposant des solutions ou modèles partiellement valides.

C’est le but de l’Ingénierie Système.

(135)

FIGURE:Moteur d’une Dacia (essence)

FIGURE:Moteur d’une BMW hybride (hydrogène/essence)

(136)

L’analyse des systèmes complexes nécessite une approche inductive qui vise à modéliser le comportement du système dans des cas simplifiés.

(137)

L’analyse des systèmes complexes nécessite une approche inductive qui vise à modéliser le comportement du système dans des cas simplifiés. Cette approche sollicite l’esprit de synthèse et d’initiative.

(138)

L’analyse des systèmes complexes nécessite une approche inductive qui vise à modéliser le comportement du système dans des cas simplifiés. Cette approche sollicite l’esprit de synthèse et d’initiative.

(139)

L’analyse des systèmes est un point central en Sciences de l’Ingénieur aux concours. Il n’est pas demandé de restituer des connaissances apprises au cours de l’année. L’évaluation portera sur les capacités à :

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• présenterun système réel dans son contexte et dans sa globalité,

(141)

• mobiliservos connaissances pour analyser le comportement du système complexe,

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• proposerdes solutions vis-à-vis de problèmes techniques.

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• proposerdes solutions vis-à-vis de problèmes techniques.

Concrètement, il s’agit de faire preuve d’esprit de synthèse pour pré- senter le système et les résultats et d’esprit d’initiative et de créativité lors des manipulations du système, des propositions de modèles simples.

(144)

Sommaire

1 Introduction

3 Cahier des Charges Fonctionnelles (CdCF) Pourquoi faire ?

Définition et composition

5 SysML

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Cahier des Charges Fonctionnelles (CdCF) Pourquoi faire ?

Cahier des Charges Fonctionnelles

Pourquoi faire ?

La satisfaction des attentes du client ou services attendus par celui-ci constitue la finalité du processus de conception et par conséquent du système.

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Cahier des Charges Fonctionnelles

Pourquoi faire ?

La satisfaction des attentes du client ou services attendus par celui-ci constitue la finalité du processus de conception et par conséquent du système.

Une fois le système réalisé, le client juge de sa satisfaction des services attendus de manière subjective grâce au ressenti procuré par ses cinq sens.