Sciences de l'Ingénieur

Approche « concepteur »Approche « concepteur »

Du pourquoi au commentDu pourquoi au comment

Les chaînes d’énergie et d’informationLes chaînes d’énergie et d’information

Solutions associées aux fonctionsSolutions associées aux fonctions

La démarche de projetLa démarche de projet

La chaîne numériqueLa chaîne numérique

Principes et comportementPrincipes et comportement

L’ingénierie concouranteL’ingénierie concourante

Analyses fonctionnelles

- Analyse fonctionnelle externe : Expression du besoin

(Bête à cornes),

Identification des fonctions de service (Diagramme Pieuvre).

- Analyse fonctionnelle interne : Ordonnancement des fonctions techniques associées aux

fonctions d’usage(Diagramme du « pourquoi » au « comment », FAST),

Architecture d’une chaîne fonctionnelle (Schéma-blocs de la chaîne d’énergie et de la chaîne d’information).

Approches d’une chaîne fonctionnelle

- Approche externe : • Natures et formes des flux d’énergie et d’information, relation

« sortie = f(entrée) »,conservation de l’énergie, pertes, distorsions, compatibilité entre constituants, contraintes d’implantation.

- Approche interne : • Analyse des techniques et principes physiques mis en jeu,

modélisation des comportements.

Un système n'existe que pour apporter une réponse à un besoin

● L'outil « bête à corne » est utilisé pour mettre le système en perspective du besoin auquel il apporte une réponse

À qui rend-il service ? Sur quoi agit-il ?

Système

Pourquoi ? Dans quel but ?

On ne peut rendre service qu’à un être ou à un groupe d ’êtres et non à une chose

Principe d ’action ou de fonctionnement, en faisant

abstraction de la solution retenue

Expression du besoinou but unique

Les fonctions définies doivent être indépendantes des solutions

● L'outil « diagramme pieuvre » place l’objet dans son milieu extérieur d’utilisation dans différents contextes

Elément 1

Elément 2

Objet

Elément 3

Elément 4Elément 5

Elément 6

Fonctions Contraintes

Fonctions principales

Au delà du diagramme pieuvre

● Les fonctions de service sont d’usage ou d’estime certaines de ces fonctions de service sont des fonctions d’usage d’autres parmi ces fonctions de service sont des fonctions d’estime

L’une des fonctions principales est nommée « fonction de base »

Fonctionsde service

d’usage

d’estime

principales contraintes

fonctionfonctionfonctionfonction

fonctionfonctionfonctionfonction

fonctionfonctionfonctionfonction

fonctionfonctionfonctionfonction

Fonction de base

La compétitivitése joue souvent ici

Pour chacune des fonctions de service : du pourquoi au comment

● L'outil « FAST » substitue à une logique de flux et de structure une logique de relation de « cause à effet »

Fonction deservice

Fonctiontechnique Solution

Fonctiontechnique Solution

Fonctiontechnique Solution

Pourquoi Comment

Utilisation du « diagramme FAST »

● Utilisation de « petits » FAST : Pour faire apparaître les fonctions sur les chaînes Pour analyser la relation fonction technique solution constructive

● Les solutions participent à plusieurs fonctions

XXFonction3

XFonction2

XXFonction1

Solu-tion4

Solu-tion3

Solu-tion2

Solu-tion1

Solution 5Solution 6

Fonction 3

Solution 3Solution 4

Fonction 2

Solution 1Solution 2

Fonction 1

SolutionsFonction

La chaîne d’énergieLa chaîne d’énergie dans la structure dans la structure générale d ’un système pluritechniquegénérale d ’un système pluritechnique

But de la chaîne d’énergie : Apporter la bonne quantité d'énergie, sous la forme adaptée, au bon endroit, au bon moment, avec le meilleur rendement, pour obtenir l’action voulue.

Approche externe de la chaîne d’énergieApproche externe de la chaîne d’énergie

Spécification des solutions constructives,

Natures et formes des flux d’énergie,

Relation empirique « sortie = f(entrée) »,

Conservation de l’énergie, pertes, rendement (en puissance ou en énergie), distorsions,

Compatibilité entre constituants,

Conditions d’implantation, de fonctionnement et de mise en œuvre.

Approche externe de la chaîne d’énergieApproche externe de la chaîne d’énergie Fonctions génériques, solutions constructivesFonctions génériques, solutions constructives

et flux d’énergieet flux d’énergie

Approche externe de la chaîne d’énergieApproche externe de la chaîne d’énergie Exemple de modélisation empiriqueExemple de modélisation empirique

Cette modélisation est limitée ‘au premier ordre’.

Batterie HacheurMoteur àcourantcontinu

Réducteur devitesse

Energie électrique :Tension continueconstante : UeCourant : Ie

Energie électrique :Tension unidirectionnelle àvaleur moyenne réglable : UmCourant : Im

Energie mécaniqueVitesse : N1Moment du couple : C1

Energie mécaniqueVitesse : N2Moment du couple : C2

Energie électrique :tension et courant decharge de la batterie

modélisation :Um = x Ue

modélisation :N1 = (a x Um) - (b x C1)

C1 = k x Im - Co

modélisation :N2 = N1 x K-1

C2 = C1 x x K

modélisation :Ue = Uo - (R x Ie)

Q : fonction desconditions de décharge

La chaîne d’information dans la structure générale La chaîne d’information dans la structure générale d ’un système pluritechniqued ’un système pluritechnique

But de la chaîne d’information : Piloter avec le maximum d’efficacité la chaîne d’énergie, à partir de grandeurs physiques acquises sur celle-ci, et de consignes extérieures.Rendre compte du fonctionnement de l’ensemble.

Spécification des solutions constructives,

Natures et supports des flux d’information,

Relation empirique « sortie = f(entrée) », outils de description, configurations et réglages,

Intégrité et altération de l’information, bruit, distorsion, temps de réponse,

Compatibilité entre constituants, conditions de connexion,

Contraintes et conditions de montage.

Approche externe de la chaîne d’informationApproche externe de la chaîne d’information

Approche externe de la chaîne d’information Fonctions Approche externe de la chaîne d’information Fonctions génériques, solutions constructives et flux d’informationgénériques, solutions constructives et flux d’information

C

Approche externe des deux chaînesApproche externe des deux chaînesLa chaîne d’informationLa chaîne d’information

Spécification des solutions constructives,

Natures et supports des flux d’information,

Relation empirique « sortie = f(entrée) », outils de description, configurations et réglages,

Intégrité et altération de l’information, bruit, distorsion, temps de réponse,

Compatibilité entre constituants, conditions de connexion,

Contraintes et conditions de montage.

La chaîne d’énergieLa chaîne d’énergie

Spécification des solutions constructives,

Natures et formes des flux d’énergie,

Relation empirique « sortie = f(entrée) »,

Conservation de l’énergie, pertes, rendement (en puissance ou en énergie), distorsions,

Compatibilité entre constituants,

Conditions d’implantation, de fonctionnement et de mise en œuvre.

Approche interne de la chaîne d’énergieApproche interne de la chaîne d’énergie(approche nécessaire pour maîtriser le fonctionnement (approche nécessaire pour maîtriser le fonctionnement

des systèmes au delà du premier ordre)des systèmes au delà du premier ordre)

Spécification des phénomènes physiques qui régissent les fonctions et justification si possible de la loi de comportement par l'approche scientifique du phénomène, définition des modèles,

Approche des solutions techniques et des modèles correspondants, des performances, du dimensionnement, des schémas structurels,

Justification des pertes, du rendement (en puissance ou en énergie), des distorsions.

Approche interne de la chaîne d’énergieApproche interne de la chaîne d’énergie Exemple de modélisation empiriqueExemple de modélisation empirique

Cette exemple de modélisation est limité au régime établi.

Batterie HacheurMoteur àcourantcontinu

Réducteur devitesse

Energie électrique :Tension continue : UeCourant : Ie

Energie électrique :Tension unidirectionnelle àvaleur moyenne réglable : UmCourant : Im

Energie mécaniqueVitesse : N1Moment du couple : C1

Energie mécaniqueVitesse : N2Moment du couple : C2

Energie électrique :tension et courant decharge de la batterie

modélisation :Um = x Ue

Im = Ie

modélisation :1 = k-1 x (Um - Ri x Im)

C1 = k x Im - Cf

modélisation :N2 = N1 x (Z1/Z2)

C2 = C1 x x (Z2/Z1)

Um : tension carrée : rapport cyclique

réglable

1 = 2 x N1 / 60k : constante de coupleRi : résistance de l’induitCf : couple de frottement

Z1, Z2, nombres de dentsdes engrenages

: rendement du réducteur

modélisation :Ue = Uo - (Re x Ie)

Q : fonction desconditions de décharge

Uo : tension à videRe : résistance interne

Q : Capacité de la batterie

loi de la cinématiqueloi de la conservation de l’énergie

lois physiquesdu moteur

lois électriquesdu hacheur

loi électrique etrègles empiriques

Approche interne de la chaîne d’énergieApproche interne de la chaîne d’énergie

Exemple 1 : Principes physiques de base utilisés dans les actionneurs électriques,

Exemple 2 : Dimensionnement d’une transmission à partir de l’étude des mouvement et des efforts (en statique et en dynamique),

Exemple 3 : Justification des protections,

Exemple 4 : Explication de phénomènes parasites (rebond d’un contact électrique, jeu mécanique…)

Approche interne de la chaîne d’informationApproche interne de la chaîne d’information(approche nécessaire pour maîtriser le fonctionnement (approche nécessaire pour maîtriser le fonctionnement

des systèmes au delà du premier ordre)des systèmes au delà du premier ordre)

Spécification des phénomènes physiques qui régissent les fonctions d’acquisition et spécification des modèles correspondant,

Approche des solutions techniques et des modèles correspondants, codages, numération, opérations, structures algorithmiques, lecture de schémas, trame sur un réseau…

approche interne des chaînes d'énergie et d'information

Démontage - remontageobservation, mesure et

détermination des caractéristiques des éléments constitutifs

Démontage - remontageobservation, mesure et

détermination des caractéristiques des éléments constitutifs

Maquette numériqueschémas structurels - plans

documentations techniques des éléments constitutifs

Maquette numériqueschémas structurels - plans

documentations techniques des éléments constitutifs

Modèles donnésModèles donnés Paramétrage du modèle de comportementParamétrage du modèle de comportement

Equations, calcul, résolution analytique

Equations, calcul, résolution analytique

Simulation ou calcul assisté par ordinateur

Simulation ou calcul assisté par ordinateur

Prévision de comportement

Comparaison avec le comportement réelComparaison avec le comportement réel

Chaîne d'énergie

Chaîne d'information

approche interne des chaînes d'énergie et d'information

ACQUERIR COMMUNIQUER

ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE

TRAITER

Seulement si solution câblée

ACTION

Cas d’application de la démarche générique

Approche interne de la fonction ‘Traiter’Approche interne de la fonction ‘Traiter’

AlgorithmeModules logiciels réutilisablesBibliothèque de composants

logiciels

AlgorithmeModules logiciels réutilisablesBibliothèque de composants

logiciels

Caractéristiques et raccordements des E/S (schéma)

Technologie des auxiliaires de commande, des capteurs et des pré

actionneurs

Caractéristiques et raccordements des E/S (schéma)

Technologie des auxiliaires de commande, des capteurs et des pré

actionneurs

Outils de program-mation donnés

Outils de program-mation donnés Programmation de l’applicationProgrammation de l’application

expressions logiques, calculs algébriques, résolution analytique

expressions logiques, calculs algébriques, résolution analytique

simulation par ordinateur

simulation par ordinateur

Prévision de comportement

Comparaison avec le comportement réelComparaison avec le comportement réel

Cycles de travaux pratiques autour de Centres d’intérêt, suivis de

séquences de synthèse

Cycles de travaux pratiques autour de Centres d’intérêt, suivis de

séquences de synthèse

Mini-projet ou Projet pluritechnique encadré permettant

le réinvestissement

Mini-projet ou Projet pluritechnique encadré permettant

le réinvestissement

Laboratoire avec systèmes et produits

(en état de fonctionnement, en démontage, en essais, avec

maquette numérique,

documentations…)

Laboratoire avec systèmes et produits

(en état de fonctionnement, en démontage, en essais, avec

maquette numérique,

documentations…)