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  • 1. Sciences de lIngénieurApproche « concepteur »Approche « concepteur » Du pourquoi au comment Du pourquoi au comment Les chaînes d’énergie et d’information Les chaînes d’énergie et d’information Solutions associées aux fonctions Solutions associées aux fonctions Principes et comportement Principes et comportement La chaîne numérique La chaîne numérique L’ingénierie concourante L’ingénierie concourante La démarche de projet La démarche de projet
  • 2. 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).
  • 3. 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.
  • 4. Un système nexiste que pour apporter une réponse à un besoin● Loutil « 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 ? On ne peut rendre service Principe d ’action ou dequ’à un être ou à un grouped ’êtres et non à une chose Système fonctionnement, en faisant abstraction de la solution retenue Expression du besoin Pourquoi ? Dans quel but ? ou but unique
  • 5. Les fonctions définies doivent être indépendantes des solutions● Loutil « diagramme pieuvre » place l’objet dans son milieu extérieur d’utilisation dans différents contextes Elément 6 Elément 2 Fonctions principales Elément 1 Objet Fonctions Contraintes Elément 3 Elément 5 Elément 4
  • 6. 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 » Fonctions principales contraintes Fonction de base de service d’usage fonction fonction fonction fonction La compétitivité fonction fonction fonction fonction se joue souvent ici fonction fonction d’estime fonction fonction fonction fonction fonction fonction
  • 7. Pour chacune des fonctions deservice : du pourquoi au comment● Loutil « FAST » substitue à une logique de flux et de structure une logique de relation de « cause à effet » Fonction de Fonction service technique Solution Fonction technique Solution Fonction technique SolutionPourquoi Comment
  • 8. 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 Fonction Solutions Solu- Solu- Solu- Solu- tion2 tion3 tion4 Fonction 1 Solution 1 Foncti X X Solution 2 on1 Fonction 2 Solution 3 Foncti X Solution 4 on2 Fonction 3 Solution 5 Foncti X X Solution 6 on3
  • 9. La chaîne d’énergie dans la structure générale d ’un système pluritechniqueBut de la chaîne d’énergie : Apporter la bonne quantité dénergie, sousla forme adaptée, au bon endroit, au bon moment, avec le meilleurrendement, pour obtenir l’action voulue.
  • 10. Approche 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 (enpuissance ou en énergie), distorsions,Compatibilité entre constituants,Conditions d’implantation, de fonctionnement et de mise en œuvre.
  • 11. Approche externe de la chaîne d’énergieFonctions génériques, solutions constructives et flux d’énergie
  • 12. Approche externe de la chaîne d’énergie Exemple de modélisation empirique Energie électrique : Energie électrique : Energie électrique : Tension continue Tension unidirectionnelle à Energie mécanique Energie mécanique tension et courant de constante : Ue valeur moyenne réglable : Um Vitesse : N1 Vitesse : N2 charge de la batterie Courant : Ie Courant : Im Moment du couple : C1 Moment du couple : C2 Moteur à Réducteur de Batterie Hacheur courant vitesse continu modélisation : modélisation : modélisation : Ue = Uo - (R x Ie) modélisation : N1 = (a x Um) - (b x C1) N2 = N1 x K-1 Q : fonction des Um = α x Ue C1 = k x Im - Co C2 = C1 x η x Kconditions de décharge Cette modélisation est limitée ‘au premier ordre’.
  • 13. La chaîne d’information dans la structure générale d ’un système pluritechniqueBut de la chaîne d’information : Piloter avec le maximumd’efficacité la chaîne d’énergie, à partir de grandeurs physiquesacquises sur celle-ci, et de consignes extérieures.Rendre compte du fonctionnement de l’ensemble.
  • 14. Approche externe de la chaîne d’informationSpécification des solutions constructives,Natures et supports des flux d’information,Relation empirique « sortie = f(entrée) », outils dedescription, configurations et réglages,Intégrité et altération de l’information, bruit, distorsion,temps de réponse,Compatibilité entre constituants, conditions deconnexion,Contraintes et conditions de montage.
  • 15. Approche externe de la chaîne d’information Fonctionsgénériques, solutions constructives et flux d’information C
  • 16. Approche externe des deux chaînes La chaîne d’énergie La chaîne d’informationSpécification des solutions Spécification des solutionsconstructives, constructives,Natures et formes des flux Natures et supports des fluxd’énergie, d’information,Relation empirique « sortie = Relation empirique « sortie =f(entrée) », f(entrée) », outils de description, configurations et réglages,Conservation de l’énergie, pertes, Intégrité et altération derendement (en puissance ou en l’information, bruit, distorsion,énergie), distorsions, temps de réponse,Compatibilité entre constituants, Compatibilité entre constituants, conditions de connexion,Conditions d’implantation, defonctionnement et de mise en Contraintes et conditions deœuvre. montage.
  • 17. Approche interne de la chaîne d’énergie (approche nécessaire pour maîtriser le fonctionnement des systèmes au delà du premier ordre)Spécification des phénomènes physiques qui régissentles fonctions et justification si possible de la loi decomportement par lapproche scientifique du phénomène,définition des modèles,Approche des solutions techniques et des modèlescorrespondants, des performances, du dimensionnement,des schémas structurels,Justification des pertes, du rendement (en puissance ouen énergie), des distorsions.
  • 18. Approche interne de la chaîne d’énergie Exemple de modélisation empirique Energie électrique : Energie électrique : Energie électrique : Tension unidirectionnelle à Energie mécanique Energie mécanique tension et courant de Tension continue : Ue valeur moyenne réglable : Um Vitesse : N1 Vitesse : N2 charge de la batterie Courant : Ie Courant : Im Moment du couple : C1 Moment du couple : C2 Moteur à Réducteur de Batterie Hacheur courant vitesse continu modélisation : modélisation : modélisation : modélisation : Ue = Uo - (Re x Ie) Ω1 = k-1 x (Um - Ri x Im) Um = α x Ue N2 = N1 x (Z1/Z2) Q : fonction des C1 = k x Im - Cf C2 = C1 x η x (Z2/Z1) Im = Ie conditions de décharge Uo : tension à vide Um : tension carrée Ω1 = 2π x N1 / 60 Z1, Z2, nombres de dents Re : résistance interne α : rapport cyclique k : constante de couple des engrenagesQ : Capacité de la batterie réglable Ri : résistance de l’induit η : rendement du réducteur Cf : couple de frottement loi électrique et lois électriques lois physiques loi de la cinématique règles empiriques du hacheur du moteur loi de la conservation de l’énergie Cette exemple de modélisation est limité au régime établi.
  • 19. Approche interne de la chaîne d’énergieExemple 1 : Principes physiques de base utilisésdans les actionneurs électriques,Exemple 2 : Dimensionnement d’une transmission àpartir de l’étude des mouvement et des efforts (enstatique et en dynamique),Exemple 3 : Justification des protections,Exemple 4 : Explication de phénomènes parasites(rebond d’un contact électrique, jeu mécanique…)
  • 20. Approche interne de la chaîne d’information(approche nécessaire pour maîtriser le fonctionnement des systèmes au delà du premier ordre)Spécification des phénomènes physiques quirégissent les fonctions d’acquisition et spécificationdes modèles correspondant,Approche des solutions techniques et des modèlescorrespondants, codages, numération, opérations,structures algorithmiques, lecture de schémas, tramesur un réseau…
  • 21. approche interne des chaînes dénergie et dinformation Démontage --remontage Démontage remontage Maquette numérique Maquette numérique observation, mesure et observation, mesure et schémas structurels --plans schémas structurels plans détermination des caractéristiques détermination des caractéristiques documentations techniques des documentations techniques des des éléments constitutifs des éléments constitutifs éléments constitutifs éléments constitutifsModèles donnésModèles donnés Paramétrage du modèle de comportement Paramétrage du modèle de comportement Equations, calcul, Equations, calcul, Simulation ou calcul Simulation ou calcul résolution analytique résolution analytique assisté par ordinateur assisté par ordinateur Prévision de comportement Comparaison avec le comportement réel Comparaison avec le comportement réel
  • 22. approche interne des chaînes dénergie et dinformation Cas d’application de la démarche générique Seulement si solution câbléeACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER Chaîne dinformationALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE ACTION Chaîne dénergie
  • 23. Approche interne de la fonction ‘Traiter’ Caractéristiques et Caractéristiques et Algorithme Algorithme raccordements des E/S (schéma) raccordements des E/S (schéma) Modules logiciels réutilisables Modules logiciels réutilisables Technologie des auxiliaires de Technologie des auxiliaires de Bibliothèque de composants Bibliothèque de composants commande, des capteurs et des pré commande, des capteurs et des pré logiciels logiciels actionneurs actionneursOutils de program-Outils de program- mation donnés Programmation de l’application Programmation de l’application mation donnés expressions logiques, expressions logiques, simulation par simulation par calculs algébriques, calculs algébriques, ordinateur ordinateur résolution analytique résolution analytique Prévision de comportement Comparaison avec le comportement réel Comparaison avec le comportement réel
  • 24. Laboratoire avec Laboratoire avec systèmes et produits systèmes et produits (en état de fonctionnement, en (en état de fonctionnement, en démontage, en essais, avec démontage, en essais, avec maquette numérique, maquette numérique, documentations…) documentations…)Cycles de travaux pratiques autourCycles de travaux pratiques autour de Centres d’intérêt, suivis de de Centres d’intérêt, suivis de séquences de synthèse séquences de synthèse Mini-projet ou Projet Mini-projet ou Projet pluritechnique encadré permettant pluritechnique encadré permettant le réinvestissement le réinvestissement