Fiche de révision : Ingénierie système et SysML

📋 Plan du Cours

1. Analyser le besoin et les exigences
2. Système et fonction globale
3. Cycle de vie et impacts
4. Cahier des charges fonctionnel
5. Ingénierie système et cycle en V
6. SysML comme langage commun
7. Diagrammes de contexte et exigences
8. Diagrammes de définition de blocs
9. Diagrammes de blocs internes
10. Contraintes et diagrammes paramétriques

📖 1. Analyser le besoin et les exigences

★ À maîtriser

• L’analyse d’un système consiste notamment à classer le système, présenter sa fonction globale, identifier sa structure et comparer les exigences aux caractéristiques du cahier des charges.

• L’analyse des exigences porte sur leur qualification et leur quantification, ainsi que sur leurs critères et niveaux.

Compléments

• L’analyse du cycle de vie prend en compte :

  • l’extraction
  • la fabrication
  • l’utilisation
  • la fin de vie
  • le recyclage
  • le transport

• L’analyse des systèmes comprend l’évaluation de leur impact environnemental et sociétal.

📖 2. Système et fonction globale

🔑 Notions clés & Définitions

• Système : Ensemble d’éléments interdépendants isolé du milieu environnant par une démarche intellectuelle afin de le traiter comme un tout.
• Système complexe : Système dont les composants sont liés par des relations multiples, interdépendantes et bouclées, rendant son comportement global directement imprévisible à partir des comportements élémentaires.
• Matière d’œuvre : Ce sur quoi le système agit et qui peut être de la matière, de l’énergie caractérisée par une puissance, ou de l’information.
• Fonction : Ce qu’il faut faire sur la matière d’œuvre pour lui apporter une valeur ajoutée, et dont la formulation dépend du point de vue de l’observateur.
• Valeur ajoutée : Valeur supplémentaire apportée à la matière d’œuvre par l’activité du système et constituant l’objectif de sa fonction d’usage.

📝 Points essentiels

📌 La formulation d’une fonction se compose d’un verbe à l’infinitif suivi d’un complément.

💡 Astuce mémo

La valeur ajoutée découle de l’action sur la matière d’œuvre

📖 3. Cycle de vie et impacts

★ À maîtriser

• 🔄 Le cycle de vie d’un produit comprend :
  1. l’analyse du besoin
  2. l’étude de faisabilité
  3. la conception
  4. la définition
  5. l’industrialisation
  6. l’homologation
  7. la production
  8. la commercialisation
  9. l’utilisation
  10. l’élimination

Compléments

• Dans le cadre des concours, la période du cycle de vie généralement prise en considération est l’utilisation.

• Les éléments fondamentaux récurrents sont :

  • la matière
  • l’énergie caractérisée par une puissance
  • l’information

💡 Astuce mémo

Analyser → concevoir → produire → utiliser → éliminer

📖 4. Cahier des charges fonctionnel

🔑 Notions clés & Définitions

• Cahier des charges fonctionnel : Document à structure normalisée qui formalise le besoin et les requêtes du client sans spécifier la solution technique.

★ À maîtriser

• L’équipe d’ingénieurs analyse les besoins du client, produit un cahier des charges fonctionnel, propose des solutions techniques puis les améliore en contrôlant les écarts entre le cahier des charges, le modèle et le réel.

• La deuxième partie exprime fonctionnellement les besoins au moyen des fonctions, contraintes, critères d’appréciation, niveaux d’exigence et, si possible, flexibilités.

Compléments

• La norme NF X 50-151 recommande pour le cahier des charges fonctionnel deux parties principales et deux parties optionnelles.

• La première partie du cahier des charges fonctionnel présente le système et ses informations générales, notamment le marché, le contexte du projet, les objectifs, le besoin et l’environnement du produit.

📌 En B2B, le client et l’entreprise définissent ensemble le cahier des charges d’un produit sur mesure, tandis qu’en B2C l’entreprise le fixe pour les clients ciblés après une étude commerciale.

💡 Astuce mémo

Le besoin est spécifié, pas la solution technique

📖 5. Ingénierie système et cycle en V

★ À maîtriser

• En 1996, le Standish Group a publié des données indiquant que 16 % des projets respectaient le cahier des charges, 31 % n’aboutissaient pas, 45 % dépassaient leur budget de plus de 50 % et 57 % dépassaient leur délai de plus de 50 %.

• Le cycle en V décompose l’étude du global vers le détail dans sa phase descendante, puis confronte régulièrement la théorie descendante à la pratique ascendante afin de repérer tôt les écarts.

Compléments

• Les causes d’échec citées sont (Standish Group, 1996) : le manque de prise en compte des utilisateurs (12,8 %), les exigences et spécifications incomplètes (12,5 %), le changement des exigences et spécifications en cours de conception (11,8 %), l’incompétence technologique (7,0 %), les objectifs insuffisamment explicités (5,3 %)

• Les phases mises en regard dans le cycle en V sont :

  • besoins et faisabilité
  • spécification
  • conception générale
  • conception détaillée
  • réalisation
  • tests unitaires
  • tests d’intégration
  • validation
  • maintenance

💡 Astuce mémo

Un V descend du global au détaillé puis remonte des tests vers la validation

📖 6. SysML comme langage commun

🔑 Notions clés & Définitions

• SysML : Langage graphique indépendant de l’outil logiciel qui formalise les spécifications associées à un système technique complexe et permet d’en spécifier, concevoir, définir et analyser la structure, les performances, les limites, l’environnement et les relations extérieures.

★ À maîtriser

📌 SysML sert à documenter une modélisation et n’est pas une méthode d’étude, de réflexion ou de conception d’un produit industriel.

Compléments

• La structure de SysML est standardisée depuis septembre 2007 avec la version 1.0a ; le cours indique la version 1.3 en juin 2012 comme dernière version à la date du document.

• SysML est né d’un projet visant à modifier UML pour les applications d’ingénierie système, UML étant décrit comme plus complexe et orienté spécifiquement vers la création de logiciels.

💡 Astuce mémo

SysML documente et modélise ; ce n’est pas une méthode de conception

📖 7. Diagrammes de contexte et exigences

🔑 Notions clés & Définitions

• Diagramme de contexte : Diagramme qui situe le système dans son environnement, mais qui ne constitue pas un diagramme autonome répertorié dans SysML.

★ À maîtriser

• SysML propose neuf diagrammes, que le programme peut demander de lire ou de compléter avec leur structure fournie.

• Le diagramme de cas d’utilisation représente les interactions entre le système et ses acteurs, comme l’utilisateur qui demande à une balance de connaître la masse des aliments.

• Le diagramme des exigences représente les exigences du système et leurs liens avec des blocs, et peut être réparti en plusieurs diagrammes pour éviter une représentation illisible.

Compléments

• Le cartouche indique :

  • le type du diagramme
  • sa famille
  • son parent dans l’arborescence
  • son nom

• Dans l’exemple de la balance, la conversion de la masse en volume d’eau est reliée au cas d’utilisation principal par une relation « extend ».

• Pour la balance Ovelys, la masse maximale admise est de 4 kg, avec une précision de 1 g jusqu’à 1 kg et de 5 g entre 1 kg et 4 kg.

📖 8. Diagrammes de définition de blocs

★ À maîtriser

• Le diagramme de définition de blocs représente la structure du système en blocs et permet d’associer les fonctions aux constituants.

📌 Dans un diagramme de définition de blocs, le losange noir indique une composition, lien fort dont les sous-systèmes sont nécessaires, tandis que le losange blanc indique une agrégation, lien faible correspondant à un élément optionnel.

Compléments

• Dans l’exemple de la balance, l’IHM est décomposée en afficheur, bouton On/Off et bouton Unités, tandis que la partie commande comprend processeur, logiciel et amplificateur.

💡 Astuce mémo

Losange noir : composition nécessaire ; losange blanc : agrégation optionnelle

📖 9. Diagrammes de blocs internes

🔑 Notions clés & Définitions

• Diagramme de blocs internes : Diagramme qui décrit les échanges de flux entre les éléments internes du système au moyen de ports.

★ À maîtriser

• Les ports de flux, représentés par des carrés avec des flèches, indiquent le sens entrant ou sortant des échanges de matière, d’énergie et d’information.

Compléments

• Dans un diagramme de blocs internes, un port standard sans flèche peut servir aux ordres, qui sont hors des flux de matière, d’énergie et d’information.

• Dans l’exemple de la balance, les aliments transmettent un poids au plateau, puis une force au capteur, qui produit un signal électrique destiné à la partie commande.

📖 10. Contraintes et diagrammes paramétriques

★ À maîtriser

• Un diagramme de définition de blocs peut représenter des contraintes associées à un bloc, avec les relations et les paramètres concernés.

• Pour modéliser le capteur d’effort, les contraintes enchaînent la déformation du corps, la déformation de la jauge et le pont de Wheatstone.

Compléments

• Le diagramme paramétrique relie les paramètres du système aux contraintes afin de permettre, lorsque celles-ci sont renseignées, la simulation numérique du modèle SysML.

💡 Astuce mémo

Force → déformation → résistance → tension