Analyse des Systèmes Complexes - Sciences Industrielles de l'Ingénieur

Fiches de vocabulaire couvrant l'analyse fonctionnelle et structurelle des systèmes complexes, la démarche de l'ingénieur, les chaînes d'information et de puissance, la modélisation SysML ainsi que la distinction physique entre puissance et énergie.

Système

Ensemble d'éléments en interaction entre eux et avec l'environnement, intégrés pour rendre à son environnement les services correspondants à sa finalité.

Analyse d'un système

Démarche nécessitant la prise en compte de trois entités indispensables : les éléments composant le système, les interactions entre ces éléments et les services rendus par le système.

Système complexe

Système dont les inter-relations liant les composants sont multiples, interdépendantes et bouclées, rendant son comportement global non directement prévisible à partir des comportements élémentaires.

Boîte noire

Premier niveau de description d'un système liant les entrées et les sorties afin de réaliser une fonction globale qui répond au besoin, privilégiant la question « Que fait le système ? » sur « Comment fonctionne le système ? ».

Frontière d'un système

Limite réelle ou fictive, fixée par le modélisateur, qui sépare l'ensemble des composants considérés comme appartenant au système du reste de l'univers.

Milieu extérieur

Tout ce qui se situe hors de la frontière d'étude du système et qui comprend notamment les éléments influents interagissant avec lui par des flux de matière, d'énergie ou d'information.

Cahier des Charges Fonctionnel (CDCF)

Document normalisé formalisant le besoin et modélisant l'ensemble des attentes et requêtes du client, sans spécifier de solution technique.

Ingénierie système

Approche scientifique interdisciplinaire formalisée par des normes internationales dont l'objectif est d'appréhender la conception de systèmes complexes en analysant les échecs antérieurs pour éviter qu'ils ne se reproduisent.

Système souhaité

Modèle correspondant aux attentes et besoins du client, caractérisé par des performances attendues déterminées via l'analyse fonctionnelle, structurelle et comportementale.

Système simulé

Modèle théorique permettant de prévoir le comportement du système à l'aide des lois physiques et de résolutions analytiques ou numériques, sans nécessiter la fabrication préalable.

Système réel

Modèle matériel obtenu après fabrication et validation d'une solution technique, dont les performances sont déterminées par des mesures expérimentales adaptées.

Écart 1

Différence calculée entre les performances attendues du système souhaité et les performances obtenues par calcul ou simulation du système simulé.

Écart 2

Différence constatée entre les performances obtenues par calcul ou simulation du système simulé et les performances mesurées sur le système réel.

Écart 3

Différence globale entre les performances attendues du système souhaité et les performances mesurées sur le système réel.

Matière d'œuvre

Élément (produit/matière, puissance ou information) sur lequel le système agit pour lui conférer une valeur ajoutée en le faisant passer d'un état initial entrant à un état final sortant.

Partie commande

Sous-ensemble d'un système automatisé qui fait office de « cerveau », échange et traite les données avec l'opérateur, l'extérieur et la partie opérative, sous des puissances généralement faibles (de l'ordre de $1\,\text{W}$ ou $15\,\text{bars}$).

Partie opérative

Sous-ensemble d'un système automatisé qui fait office de « main », exécute les ordres reçus et apporte la valeur ajoutée à la matière d'œuvre, mettant en jeu des puissances souvent élevées.

Chaîne de puissance

Partie du système automatisé regroupant l'ensemble des constituants et procédés nécessaires à l'action physique sur la matière d'œuvre à partir des flux d'énergie.

Fonction Alimenter / Stocker

Fonction de la chaîne de puissance consistant à fournir et mettre en forme la puissance entrante ou stocker l'énergie (assurée par le réseau, des batteries, piles ou accumulateurs).

Préactionneur (Fonction Moduler)

Composant de la chaîne de puissance qui reçoit les ordres de commande pour distribuer ou moduler la puissance envoyée aux actionneurs (ex. contacteurs, relais, variateurs, distributeurs).

Actionneur (Fonction Convertir)

Composant de la chaîne de puissance convertissant l'énergie disponible (électrique, pneumatique, hydraulique) en une autre forme d'énergie utile, principalement mécanique (ex. moteurs, vérins).

Transmetteur (Fonction Transmettre)

Composant mécanique adaptant la puissance utile fournie par l'actionneur pour la rendre exploitable par l'effecteur (ex. réducteurs, engrenages, poulies-courroie, vis-écrou).

Effecteur (Fonction Agir)

Dernier organe de la chaîne de puissance qui applique directement l'action sur la matière d'œuvre afin de produire le service attendu (ex. pince de robot, outil, roue, convoyeur).

Chaîne d'information

Partie du système automatisé dédiée au prélèvement de données, à leur traitement logique et à l'émission d'ordres vers la chaîne de puissance ou d'informations vers l'opérateur.

Capteur (Fonction Acquérir)

Organe de la chaîne d'information prélevant une grandeur physique de l'état du système ou de son environnement pour la traduire en signal exploitable (ex. potentiomètres, tachymètres, cellules de force).

Calculateur (Fonction Traiter)

Composant électronique ou informatique (automate programmable, microprocesseur, microcontrôleur) programmé pour interpréter les consignes et signaux capteurs afin d'élaborer des ordres.

Interface de communication (Fonction Communiquer)

Dispositif assurant le dialogue entre la partie commande, l'opérateur (pupitre, voyants, écran) et la chaîne de puissance (ordres) ou d'autres systèmes extérieurs.

Signal analogique

Signal représenté par une grandeur physique continue dans le temps, pouvant prendre une infinité de valeurs dans un intervalle donné de réels.

Signal numérique

Signal représenté par une fonction discrète du temps ne pouvant adopter qu'un ensemble fini de valeurs prédéterminées (codage binaire).

Langage SysML

Systems Modeling Language : langage graphique standardisé permettant de centraliser dans un même modèle numérique les exigences, spécifications et architectures d'un système complexe.

Diagramme des cas d'utilisation (uc)

Diagramme comportemental SysML identifiant les services rendus par le système en représentant les interactions entre celui-ci et les acteurs de son environnement.

Diagramme des exigences (req)

Diagramme SysML recensant et structurant les fonctions à réaliser et les contraintes techniques, d'usage, économiques ou environnementales imposées au système.

Diagramme de définition de blocs (bdd)

Diagramme structurel SysML décrivant les composants matériels ou logiciels du système, leur hiérarchie, leur typologie et leur composition globale.

Diagramme de blocs internes (ibd)

Diagramme structurel SysML représentant les connexions internes et les flux échangés (matière, énergie, signal, information) entre les sous-systèmes d'un bloc de niveau supérieur.

Énergie

Grandeur scalaire mesurant la capacité d'un corps ou dispositif à modifier l'état d'un système, s'exprimant en joules ($\text{J}$) dans le Système International.

Puissance

Grandeur instantanée caractérisant le débit temporel d'énergie transmise ou consommée ($1\,\text{W} = 1\,\text{J}\cdot\text{s}^{-1}$), résultant du produit d'une grandeur effort $e(t)$ par une grandeur flux $f(t)$.

Puissance électrique

Puissance définie par le produit de la tension $u(t)$ (grandeur effort) par l'intensité du courant $i(t)$ (grandeur flux).

Puissance mécanique de translation

Puissance définie par le produit scalaire d'une force $F(t)$ (grandeur effort) et d'une vitesse linéaire $V(t)$ (grandeur flux).

Puissance mécanique de rotation

Puissance définie par le produit d'un couple $C(t)$ en $\text{N}\cdot\text{m}$ (grandeur effort) par une vitesse de rotation angulaire $\omega(t)$ en $\text{rad}\cdot\text{s}^{-1}$ (grandeur flux).

Puissance fluidique (hydraulique ou pneumatique)

Puissance définie par le produit de la pression statique $p(t)$ (grandeur effort) par le débit volumique $q_v(t)$ (grandeur flux).