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L.Ibno yassamine

SCIENCES DE L’INGENIEUR

Classe: TCT

Module 1 : L’Analyse Fonctionnelle

Doc : 1/18

I. Analyse Fonctionnelle Externe : 1.1 Introduction : Dans la vie quotidienne, on utilise des produits divers. Chacun des ses produits à un de nos besoin.par exemple on utilise :

L’ordinateur pour satisfaire le besoin de traiter et de stocker les données.

le store pour satisfaire le besoin de se protéger, des rayons solaires.

L’analyse fonctionnelle externe, décrit le ………………………………… et ne s’intéresse au produit qu’en tant que « boite noire » capable de satisfaire son besoin en fournissant des services dans son environnement durant son cycle d’utilisation.

1.2 Besoin :

 Définition : Le besoin est une nécessité ou un désir éprouvé par un utilisateur, il permet de justifier l’existence d’un produit.

1.3 type de besoin : Le besoin est donc une exigence qui naît de la vie sociale et économique. Il peut être : 

Explicite : ……………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………   Implicite : …………………………………………………………..   Latent  : …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………

1.4 produit :

 Définition : Un produit est ce qui fourni à un utilisateur pour satisfaire à un besoin donné.

1.5 type de produit : Un produit peut être un :  Matériel : …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………..  Service  : ............................................................................................................................. ……………..………………………………..……………………………………………  Processus : ………………………………………………. et qui donc complexe tel qu’une grosse machine qui permet de remplir des bouteilles d’huile avec un liquide donnée, les boucher et les étiqueter ; l’entreprise qui va vendre le produit bouteille remplie, bouchée et étiquetée achète à son tour ce processus (grosse machine) chez une autre entreprise.

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1.6 Cycle de vie d’un produit : Le cycle de vie d’un produit est relativement comparable à celui d’un être vivant : naissance, jeunesse, adulte, vieillissement, etc. on peut résumer ce cycle dans les phase suivantes :  Définition de besoin : le produit est définie par le client utilisateur ou crée par le service de marketing d’une société ; un tel service a pour rôle d’étudier le marché et suivre de prêt les besoins des clients : besoin explicite ou latent.  Conception et production : après avoir défini le besoin, les concepteur réalisateurs, dans leurs bureaux d’études, commencent leurs recherches pour trouver les solutions technologiques répondant au besoin de leurs clients ; puis après avoir fini de la conception du système, vient la phase de production ou industrialisation du système dans les usines de fabrication.  Commercialisation : Le produit répondant au besoin du client sort de l'usine pour trouver sa place dans les magasins de vente.  Utilisation du produit : Le produit est entre les mains du client utilisateur pour répondre à son besoin.  Elimination du produit : Le produit ne répond plus au besoin par vieillissement ou par l'arrivée de nouvelles technologies. Exemple : Micro-ordinateur Le Micro-ordinateur est un système :  C'est un ensemble d'éléments liés : unité centrale, écran, souris, clavier, etc.  Il satisfait au besoin ou but de traiter les donnés.

1.7 Qualité d'un produit : La qualité est l'ensemble des propriétés et caractéristiques d'un produit qui lui donne l'aptitude à Satisfaire un besoin. Elle dépend :  Du nombre de fonctions assurées (fonctions d'usage et d'estime) ;  De la conformité de ces fonctions par rapport à la demande du client ;  De la sûreté de fonctionnement ; en effet un produit doit assurer ses fonctions tout en respectant les normes de sécurité pour les biens et les personnes ;  Du délai nécessaire pour réaliser le produit sans retard ;  Du coût de revient ; en effet, le coût de revient d'un produit dépend de plusieurs phases qu'il maîtriser et rationaliser : coût d'étude, coût de fabrication, coût de commercialisation, etc.

1.8 Notion de système : Le terme "système" est souvent utilisé à la place de celui de "produit". En effet, le concept système a une signification plus riche : il regroupe tous les types de produits (matériel, service et processus). Il est défini, en général, comme suit : Un système est un ensemble d'éléments organisé pour satisfaire un besoin.

1.9 Réponse au besoin : 1.9.1 Finalité d’un produit : Pour répondre au besoin, on définit l’action d’un système en termes de sa finalité, c'est à dire en termes de ses fonctions qui rendent service à l'utilisateur. L'intérêt de ce principe, pour le concepteur - réalisateur, est de laisser l'esprit ouvert pour la Créativité, ce qui permet d'identifier toutes les fonctions possibles devant être assurées par le produit. On entame alors la recherche des fonctions devant être assurées par ce produit. Pour ce faire, on utilise des outils bien adaptés à cette tâche qui sont en principe graphique. En effet, une représentation graphique rend un système plus facile à assimiler, notamment la vision des sous systèmes qui le composent, ainsi que les liaisons et les relations qui les régissent .

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1.9.2- Recherche et formulation du besoin : Le plus souvent, on utilise les 2 outils ou représentations normalisés suivantes :  Le diagramme de la "Bête à cornes».  L'Actigramme de la fonction globale. a- Bête à cornes : Pour énoncer le besoin fondamental d’un Produit, on utilise l’outil ou diagramme de "bête à cornes", qui pose 3 questions fondamentales Comme l'indique la figure ci-dessous : Sur quoi agit il ?

A qui rend il service ?

Système

Dans quel but le Système existe-t-il ? Note : L'outil "Bête à cornes" permet de s'assurer que le besoin existe ; par conséquent l'étude du système se justifie et a raison d’être,il nécessite un travail en groupe afin de tenir compte des points de vue des différents intervenants concernés par le système : l'utilisateur, le concepteur Distributeur, etc . b- Exemples :  Exemple 1 : Micro-ordinateur. …………….

……………….

Micro ordinateur

………………………………………..

 Exemple 2 : Store automatisé. ........................... .....

………………… ……….

Store automatique

………………………………………….

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c- Actigramme de la fonction globale : Un Actigramme est un bloc ou boîte fonctionnelle, qui indique la nature de l'activité d'un système ; il est représenté par un rectangle comme suit.

 Fonction globale : Elle est notée à l'intérieur du rectangle ; on note ce qui suit à propos de la fonction globale :  La fonction globale d'un système est la fonction pour laquelle il a été conçu et réalisé.  On la décrit toujours par un verbe à l'infinitif. Exemple : "Traiter les données" ;  Elle est aussi appelée fonction d'usage ou fonction de base  Matière d'œuvre : C'est ce sur quoi agit le système afin d'en modifier ses caractéristiques ; d’une manière générale, on rencontre 3 types de matière d’œuvre :  La matière : par exemple, une perceuse agit sur une pièce non percée.  L’énergie  : par exemple : un alternateur transforme de l'énergie potentielle (chute d'eau) en énergie électrique.  L’information : par exemple un ordinateur agit sur des données saisies au clavier ou à d’un fichier.  Valeur ajoutée : Lors de son passage dans le système, la matière d'œuvre subit une modification. On dit que le système lui a apporté de la valeur ajoutée. La valeur ajoutée peut être un déplacement, une transformation, un stockage, etc.  Ressources ou données de contrôle : Ce sont les paramètres qui déclenchent ou modifient le comportement du système. Elles se classent souvent en 4 catégories :  Données de contrôle d'énergie (W) : Présence d'énergie pour effectuer l'action ;  modes de marches (c) : (manuel, automatique, pas à pas, etc.)  Données de contrôle de réglage (R) : paramètres de vitesse, seuils de déclenchement, etc.  Données de contrôle d'exploitation (E) : Départ de cycle, arrêt, etc.  Nom du système : Il est indiqué en bas du rectangle. d. Exemples

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Exemple 1 : Store automatique

……………………………………… ………………………………………

Exemple 2 : Micro-ordinateur

……………………………………… ………………………………………

……………………………………… ………………………………………

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Exemple 3 : Cafetière électrique

…………………… …………………… ……………………

1.10 Recherche des fonctions de service : 1. 10.1 Définitions : a/ Fonctions de service : Les fonctions de service sont les actions attendues d'un produit pour répondre à un besoin. Une fonction de service est caractérisée par ce qui suit : • Elle est décrite par un verbe à l'infinitif suivi d'un complément. • Elle peut être une : fonction d'usage, car elle justifie le pourquoi de l'utilisation du système ou une fonction d'estime, car elle concerne l'aspect d'esthétisme, de qualité, de coût, etc.

Exemple : Formulation de quelques fonctions de service d'un store automatisé. • Changer automatiquement la position d'une toile de store (fonction d'usage) ; • S'adapter à l'architecture de la façade sur laquelle, il sera monté (fonction d'estime). b/ Fonctions techniques : Une fonction technique représente une action interne au système, pour assurer une ou des fonctions de service ; elle est définie par le concepteur. On la qualifie aussi de fonction constructive, parce qu’elle participe à construire techniquement le système. Dans une démarche de conception, on part d'une fonction de service, qui est compréhensible par l'utilisateur, pour arriver à des composants ou pièces élémentaires tel que les vis de fixation dans le domaine mécanique, les câbles de liaison dans le domaine électrique, etc. La figure suivante donne une schématisation simple de ce processus :

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Fonction de service

Fonction technique 1

Fonction technique 2

Fonction technique n

Solution constructive 1

Solution constructive 2

Solution constructive n

Composante 1

Composante 1

Composante 1

Composante 1

Composante 1

Composante 1

Exemple : Cas d'un Convoyeur dans un système de conditionnement (Tri, Remplissage /Bouchage).

……………… ……………… …………… …………… …………… ……………

……………… ………………

……………… ……………… …………… ……………

……………… ………………

Pour rechercher d'une façon logique et systématique les fonctions de service, on utilise le diagramme des interactions ou diagramme "Pieuvre". 1.10.2 Diagramme Pieuvre : a/ Définition : Ce diagramme recense tous les éléments de l'environnement du système (humain, physique, etc.) qui sont en interaction avec lui, il permet de visualiser toutes les relations possibles du système avec les éléments de son milieu ou environnement extérieur ; ces relations sont en fait les fonctions de services, dont on distingue :  Fonction principale (FP) : ………………………………………………………………………….  Fonction contrainte (FC) : ……………….. ………………… …………………………. ……………………….

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b/ Types de milieu : En général, les éléments de l'environnement d'un système donné peuvent être des milieux habituels suivants : • Milieu physique : Milieu ambiant (vent, humidité, chaleur, poussière, etc.) ; • Milieu technique : Energie électrique (autonomie, recharge ; etc.) ; • Milieu humain : Utilisateur (ergonomie, esthétique, bruit, sécurité ; etc.). • Milieu économique : Critères de qualité (coût, entretien, maintenance, etc.). c/ Caractérisation des fonctions de service : La caractérisation consiste à énoncer pour chaque fonction de service (principale ou de contrainte les critères d'appréciation avec des niveaux et une certaine flexibilité Cette opération se fait en général sous forme d'un tableau, qu'on appelle "tableau fonctionnel" et qui a le format suivant :

 Critère d'appréciation d'une fonction : Caractère retenu pour apprécier la manière dont une fonction est remplie ou une contrainte est respectée. Une échelle doit être utilisée pour apprécier le niveau.  Niveau d'un critère d'appréciation : Grandeur repérée dans l'échelle adoptée pour un critère d'appréciation d'une fonction. Cette grandeur peut être celle recherchée en tant qu'objectif. Elle aura des valeurs chiffrées avec tolérance (dimensions, paramètres de fonctionnement, coût).  Flexibilité d'un niveau : C'est l'ensemble des indications exprimées par le demandeur avec des limites d'acceptation. Ces limites sont précisées sous forme de classe de flexibilité: • Classe F0 : flexibilité nulle, niveau impératif ; • Classe F1 : flexibilité faible, niveau peu négociable ; • Classe F2 : flexibilité moyenne, niveau négociable ; • Classe F3 : flexibilité forte, niveau très négociable.

d/ Exemples : Les 3 exemples suivants permettent d'illustrer la construction du diagramme Pieuvre, ainsi que la formulation des fonctions de service dans le tableau fonctionnel accompagnant le diagramme.

Exemple 1 : Micro-ordinateur Diagramme pieuvre :

…………………… …….

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FONCTION

Doc : 9/18

DESCRIPTION

Meuble support

…………………

FP1

……… .…………………………………………………………………………………… Micro ……………………………………………………………………………………. ordinateur

FP2 FC1

……………………………………………………………………………………. FC2 ……………………………………………………………………………………. FC3

FC1

………………… Réseau ……………………………………………………………………………………. ……….. Internet

Tableau fonctionnel :

Exemple 2 : Store automatisé. …………

Diagramme pieuvre :

………… …………. Store automatisé …………. ………….

…………..

…………..

Tableau fonctionnel :

FP2

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FONCTION

Doc : 10/18

DESCRIPTION

FP1 ……………………………………………………………………………………… FP2 ……………………………………………………………………………………… FP3 ……………………………………………………………………………………… FC1 ……………………………………………………………………………………… FC2 ……………………………………………………………………………………… FC3 ……………………………………………………………………………………… FC4 ………………………………………………………………………………………

Exemple 3 : souris de micro ordinateur Diagramme pieuvre :

………….

……....

Souris

…………

……………… ……

Tableau fonctionnel : Fonction Description FP1 ……………………………………………………………………………………….… FC1 …………………………………………………………………………………………. FC2 …………………………………………………………………………………………. FC3

………………………………………………………………………………………….

FC4

………………………………………………………………………………………….

II. Analyse fonctionnelle interne : 2.1 Introduction : L'analyse fonctionnelle interne, décrit le point de vue du concepteur en charge de fournir le produit devant répondre au besoin de l'utilisateur. Lors de cette phase de conception, les fonctions de service ou d'usage vont être obtenues à l'aide de fonctions techniques. Pour ce faire, on utilise une analyse descendante L'analyse fonctionnelle descendante est une démarche, qui utilise des outils ou représentations graphiques. Elle part de la fonction globale et décortique un système pour en sortir les différentes fonctions élémentaires. Elle part donc du général pour aboutir au particulier.

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2.2. LE DIAGRAMME FAST : Le diagramme FAST (Function Analysais System Technique) est un diagramme d'analyse fonctionnelle des systèmes techniques. En effet, lorsque les fonctions de service sont identifiées, ce diagramme a pour méthode de les ordonner et les composer logiquement pour aboutir aux solutions techniques de réalisation. En partant d'une fonction principale ou de contrainte, le diagramme FAST présente les fonctions techniques et les solutions technologiques associées dans une organisation logique répondant aux questions suivantes. • Pourquoi cette fonction doit-elle être assurée ? • Comment cette fonction doit-elle être assurée ? • Quand cette fonction doit-elle être assurée ?

La réponse à la 3éme question (quand) est souvent omise.

 Exemple : Diagramme FAST partiel du store automatisé.

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Doc : 12/18

……………..

………………………… …………

………………………… ………..

………………

……………..

………………………… ………..

………………………… ……….

………………………… …………..

………………………

………………… Positionner la toile de store

………………………. ………………….

………………………………… …………..

Fonctions de service

Fonctions techniques

…………………………… ……………

Solutions technologiques

2.3. DIAGRAMME SADT : La représentation SADT (Structured Analysis and Design Technic) est la technique de modélisation analyse structurée. Elle reprend les principes précédents du diagramme FAST, mais utilise des règles précises ce qui la rend plus complexe. Le diagramme est alors un ensemble d'actigrammes ou diagrammes d'activité. Un diagramme SADTest structuré en niveaux comme suit :

• L'Actigramme de niveau le plus élevé, noté A-0 correspond à la finalité ou la fonction globale du système,

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• Ce diagramme de niveau A-0 se décompose en n diagrammes : A1 à An, chacun des diagrammes A1 à An est décomposé à son tour suivant le même principe. • La décomposition se termine si le niveau souhaité pour atteindre l'objectif est atteint,



Exemple : Diagramme SADT partiel du store automatisé.

…………………………………… …………………………………… …….

………………….

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2.4. LE Cahier des Charges Fonctionnel : 2.4.1- Définition : Le cahier des charges fonctionnel (CdCF) est un document contractuel par lequel le demandeur exprime son besoin en terme de fonctions de service. Pour chacune des fonctions et des contraintes sont définis des critères d'appréciation et leurs niveaux, chacun de ces niveaux étant assorti d'une Flexibilité. D’après la définition, on remarque que le CdCF est l'aboutissement de l'analyse fonctionnelle. :

Le besoin est exprimé par le client qui souhaite acquérir un produit pour satisfaire un besoin donné Analyse fonctionnelle

Le besoin est traduit par une entreprise à partir d’une étude de marché.

Rédaction du (CdCF)

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2.4.2- Contenu du CdCF : Le CdCF contient donc les éléments suivants : • L'expression du besoin : fonction globale ; • La définition des fonctions de service (fonctions principales et fonctions contraintes) ; • L'énumération des critères d'appréciation (Satisfaction, coût, performances, sécurité, etc.) ; • Le diagramme FAST permet de définir les fonctions secondaires qui permettront d'affiner les critères d'appréciation. 2.5. Démarche de Projet Industriel : Un projet industriel est un processus qui dépend de beaucoup de facteurs pour le mener à bien : • Des ressources humaines pour étudier le projet : de la formulation du besoin aux schémas et plan • Des moyens matériels pour mettre en oeuvre le projet et le commercialiser. La démarche de projet industriel recense et caractérise les étapes que connaît un projet industriel on simplifie dans ce qui suit les principales de ces étapes :

 Étape 1 : Il s'agit alors de saisir le besoin, l'énoncer et le valider .  Etape 2 : Dans cette phase, il s’agit de la définition fonctionnelle d’une sorte de contrat entre le demandeur et le réalisateur, on y précise les fonctions de service assurées par le produit ainsi que ses caractéristiques.  Etape 3 : C’est la phase de la traduction des fonctions de service en fonctions techniques, pour aboutir à des solutions technologiques permettant de construire le produit.  Etape 4 : Dans cette phase qui, en principe, contient plusieurs phases, on produit un prototype qui connaîtra des améliorations pour arriver au produit final, pour lequel on fait alors une gestion de production aboutissant à la fabrication en grande série. 

Etape 5 : C’est la phase où l’entreprise doit commencer à amortir ses investissements dans le produit et faire des profits ; pour cela, elle mène une étude commerciale pour distribuer son produit avec un choix stratégique pour ses points de vente en menant une politique publicitaire pour attirer le consommateur vers son produit.

 Etape 6 : C’est la phase où intervient surtout le service de comptabilité et le service d’après-vente. Il faut alors assurer alors la garantie et la maintenance et évaluer les performances commerciales qui sont censées apporter du profit à l’entreprise .  Etape 7 : Cette dernière étape concerne l’action sur le produit au de la de son utilisation avec comme première préoccupation protection de l’environnement. Pour cela, on pense au recyclage des éléments récupérables et la destruction ou le stockage des autres avec sécurité. III. Structure d’un système automatisé :

3.1- Définition : Un système automatisé est un ensemble d'équipements qui permet à partir d'énergie, et de produits bruts ou non finis, de fabriquer des produits finis ; et ce, d'une façon automatique où l'intervention humaine est réduite au minimum, notamment pour les tâches difficiles.

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La modélisation d'un système automatisé permet de l'étudier d'une manière rationnelle . 3.2- Modélisation Simple (Partie Opérative/Partie Commande) : Un système automatisé est un système bouclé, qu'on peut, modéliser par le schéma simple suivant il est alors structuré autour : • D'une Partie Opérative (PO), formée par :  Les capteurs qui représentent les organes d'observation du système ;  Les actionneurs qui représentent les organes de puissance du système • D'une Partie Commande (PC), qui en fonction des comptes rendus des capteurs, fait les traitements nécessaires et donne des ordres aux actionneurs.

Ordre vers Actionneurs

Partie commande (PC)

Partie opérative (PO) Comptes rendus De capteurs

Utilisateur IHM

L'utilisateur a pour tâche principale de configurer et superviser le système ; il communique avec lui grâce aux moyens de dialogue (boutons, voyants, etc.). Il s'agit de l'Interface Homme Machine (IHM).

 Exemple : store automatisé.  Sa PO est constitué : •

Des capteurs de vent et du soleil qui observent les conditions climatiques ; • D'un moteur électrique qui agit sur la toile, en l'enroulant ou la déroulant sur un tambour.

 Sa PC est constituée d'un organe électronique qui les lit les informations des capteurs, traite ces informations et donne des ordres au moteur .

On peut remarquer, à partir du schéma général et de l'exemple du store automatisé, qu'un système automatisé met en œuvre deux chaînes d'opérations : • L’une agissant sur les flux des informations, appelée chaîne d’information. • L’autre agissant sur les flux de matière et d’énergie, appelée chaîne d’énergie.

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3.3 Modélisation avancée (Chaîne d'énergie/Chaîne d'information) : 3.3.1 Introduction : Cette modélisation est plus précise que la première; elle introduit beaucoup plus de concepts ; elle est donc plus compliquée. Pour bien l'aborder, on commence par un exemple, perceuse automatisée :

3.3.2 Tâche et sous-ensemble fonctionnel : Dans ce système, on distingue principalement 2 sous–systèmes qui concourent à la réalisation de la fonction globale du système :

• •

Sous–système (SE1) de serrage de la pièce. Sous–système (SE2) de perçage de la pièce.

Chacun de ces 2 sous-systèmes est appelé "sousensemble fonctionnel", car :

• •

C'est un sous-ensemble de l'ensemble du système ; Il réalise une tâche qui consiste en un certain nombre d'opérations sur la matière d'œuvre.

 Exemple : Le SE1 a pour tâche de déplacer et serrer la pièce. Pour réaliser sa tâche, chaque sous-ensemble fonctionnel effectue une certaine succession d'opérations : acquérir les informations sur l'état des capteurs, traiter ces informations et agir sur la matière d'œuvre. Cette succession d'opérations s'exécute en chaîne de fonctions ; on parle alors de chaîne fonctionnelle. Cette modélisation est donc basée sur la notion de chaîne fonctionnelle (chaîne de fonctions) 3.4 Chaîne Fonctionnelle : Tout système automatisé, plus ou moins complexe, peut être décomposé en chaînes fonctionnelles.Une chaîne fonctionnelle est l'ensemble des constituants organisés en vue de l'obtention d'une tâche opérative, c'est-à-dire d'une tâche qui agit directement sur la matière d'œuvre. Exemples : Serrer une pièce, percer une pièce, prendre un objet, déplacer une charge, etc. Les constituants d'une chaîne fonctionnelle participent : • Soit à des opérations de gestion de l'énergie (Chaîne d'énergie), • Soit à des opérations de gestion des informations (chaîne d'information),

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Doc : 18/18

On peut remarquer donc que chaque chaîne fonctionnelle comporte généralement : • Une chaîne d’énergie constituée des fonctions :  …………….  …………….  …………….  ……………. • Une chaîne d’information constituée des fonctions :  ………………..  …………………  ………………… Ces fonctions sont …………….., c'est à dire qu'elles s'appliquent en principe à presque tous les Systèmes. Mais elles pourront faire l’objet d’un développement différent suivant le domaine : • Système de contrôle-commande avec interface homme-machine, comme une raffinerie de pétrole • Système électronique embarqué, comme un système de commande de voiture moderne ; • Système informatique ; • Système de communication.

La chaîne d'énergie et la chaîne d'information concourent ensemble, harmonieusement pour "agir" finalement sur la matière d'œuvre. On appelle généralement l'élément responsable de cette dernière opération, "effecteur", du mot effet. Un effecteur est l'élément terminal de la chaîne d'action, convertissant l'action de l'actionneur en un effet ou une opération sur la partie opérative. Exemples :

• • • •

Forêt de perceuse pour effectuer des trous ; Convoyeur pour effectuer un déplacement de pièce sur un tapis roulant ; Pince de robot pour effectuer une force de préhension sur des pièces ; Tambour de store pour enrouler ou dérouler une toile . En général, les systèmes mettent en œuvre plusieurs types d'énergie qu’ils transforment et convertissent.Les énergies principalement exploitées ou transformées sont l'énergie électrique et l'énergie mécanique sous leurs différentes formes.