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ETUDE DES SYSTEMES I. Présentation générale des systèmes I.1. Système technique - produit Une étude de marché faite auprès d’une population d’utilisateurs permet de recenser un certain nombre de besoins qui restent à satisfaire totalement ou partiellement. Un système technique est un ensemble technique conçu pour répondre à un besoin. Un produit est ce qui est fourni à l'utilisateur pour répondre à ce besoin. Il existe ainsi plusieurs façons de satisfaire un besoin :

- immédiatement par un produit existant ; - après reconception ou modification d’un produit existant ; - après conception complète d’un nouveau produit.

Le produit peut être de nature diverse : matière première, produit manufacturé, énergie, information, service, ... I.2. Matière d'œuvre, valeur ajoutée, fonction globale Le système technique assure une fonction globale en opérant sur une ou plusieurs matières d'œuvre afin de créer une valeur ajoutée. La fonction est un verbe à l'infinitif, c'est une action exprimée en terme de finalité. La matière d'œuvre (M.O.) est l'élément d'entrée sur lequel s'exercent les activités du système. La valeur ajoutée (V.A.) est la valeur supplémentaire apportée à la matière d'œuvre par l'activité du système. L’utilisateur parle d’un produit en terme de service rendu, le technicien peut définir le produit par rapport à son action sur une matière d’œuvre. Cette dernière peut être de trois types :

FONCTION GLOBALE

Matière d’œuvre MATERIELLE

Matière d’œuvre INFORMATIONNELLE

Matière d’œuvre ENERGETIQUE

Tâches élémentaires : Transformer, assembler, déplacer transporter, stocker, …

Exemples de produits : Matière premières : Minerai de fer, bois, … Matières transformées : Barre de fer, carton, lait, papier, … Articles manufacturés : Pièces mécaniques, sacs plastiques, automobiles, ordinateurs, gâteaux, …

Tâches élémentaires : Transformer, calculer, traiter, communiquer, stocker, mémoriser, …

Exemples de produits : Information créée ou mise en forme (journal, livre, film, …) Information traitée (surveillance de trafic aérien, …) Information distribuée ou reproduite (Minitel, photocopieur, …)

Tâches élémentaires : Transformer, convertir, transporter, distribuer, stocker, …

Exemples de produits : Energie distribuée en réseau (électricité, essence, gaz, …) Energie distribuée par lot (piles, bouteilles de gaz, …)

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I.3. Quelques critères d'appréciation / qualité On regroupe généralement les caractéristiques de la qualité d’un produit en deux catégories selon qu’elles tiennent à l’état du produit ou à l’usage que l’on en fait. La fiabilité caractérise l'aptitude d'un système à fonctionner sans incidents pendant un temps donné. La maintenabilité traduit la probabilité de remettre un système en état de marche après un dysfonctionnement quelconque. La durée de vie d'un produit ou durabilité, est la durée de fonctionnement potentielle. Le coût global de possession d’un produit inclus le prix de vente, le coût d’utilisation, le coût d’entretien et le coût de destruction éventuelle. II. Classification Les systèmes techniques peuvent être de nature très diverse et différentes disciplines peuvent s'interpénétrer : l'automatique, l'informatique, la mécanique, l'électronique, l'électrotechnique, ... Plus le système est complexe, plus les disciplines concernées sont nombreuses. On peut distinguer principalement trois catégories de produits industriels :

o les produits d’usage courant (grande diffusion) dans lesquels on trouve l'électroménager, la domotique, la distribution, l'automobile, ... ;

o les produits finis destinés à l’équipement d’entreprises pour produire des biens matériels ou des services : les systèmes automatisés de production, regroupant le conditionnement, la manutention, l'assemblage, la mise en forme, le contrôle, ... ;

o les produits intermédiaires destinés à être intégrés dans un ensemble (roulement, joints, mais aussi boîtes de vitesse, régulateurs, disques durs …)

III. Architecture d’un système pluritechnique III.1. Modèle général La fonction globale de tout système pluritechnique étudié en S.I.I. est d’apporter une valeur ajoutée à un flux de matière, de données (informations) et (ou) d’énergie. Pour chacun de ces trois types de flux, un ensemble de procédés élémentaires de stockage, de transport et (ou) de traitement est mis en œuvre pour apporter la valeur ajoutée au(x) flux entrant(s). On peut distinguer au sein des systèmes pluritechniques deux chaînes, l’une agissant sur les flux de données, appelée chaîne d’information, l’autre agissant sur les flux de matières et d’énergies, appelée chaîne d’énergie.

Chaîne d’information

Chaîne d’énergie

Interface

Données entrantes Données sortantes

Energies entrantes Energies sortantes

Matières entrantes Matières sortantes

QUALITE : aptitude d’un produit à satisfaire les besoins des utilisateurs.

Caractéristiques d’un produit : - caractéristiques techniques ; - performances ; - esthétique.

Caractéristiques d’usage d’un produit : - fiabilité ; - maintenabilité ; - durabilité ; - Sécurité d’emploi ; - Coût global de possession.

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III.2. Fonctions génériques Aux chaînes d’information et d’énergie, on peut en général associer les fonctions suivantes :

Chaîne d’information

COMMUNIQUER

Chaîne d’énergie

Informations destinées à d’autres systèmes et interfaces H/M

ordres

TRAITER ACQUERIR

ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE ACTION

Informations issues d’autres systèmes et interfaces H/M Matière d’oeuvre

Matière d’œuvre + Valeur ajoutée

Pertes énergétiques

Grandeurs physiques à acquérir

Energies d’entrée

III.3. La chaîne d’énergie La chaîne d’énergie, associée à sa commande, assure la réalisation d’une fonction dont les caractéristiques sont spécifiées dans le cahier des charges des charges fonctionnel. Repérable sur la plupart des produits et systèmes de notre environnement et des milieux industriels, elle est constituée des fonctions génériques : Alimenter, Distribuer, Convertir, Transmettre qui contribuent à la réalisation d’une action.

Alimenter Distribuer Convertir Transmettre

Energies d’entrée

Energie électrique, pneumatique, hydraulique

Energie mécanique, pneumatique, hydraulique

Ordres Energies disponibles pour l’action demandée par le cahier des charges

Prise réseau, raccord réseau, pile, batterie, accumulateur, …

Contacteur, relais, variateur, distributeur, …

Machines asynchrones, à courant continu, vérins, …

Assemblage démontable, guidage en rotation, en translation, accouplement, embrayage, limiteur de couple, frein, poulies courroies, engrenages, systèmes vis-écrou, transformateurs plans, …

Energie distribuée

Les actionneurs permettent l'exécution de tâches opératives. En général, l'énergie issue de la chaîne d’information n'est pas suffisante pour être utilisable directement par les actionneurs. Le rôle du préactionneur est alors de distribuer ou non une énergie importante en attente, sous l'action d'une énergie de commande plus faible.

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Relais électrique Distributeur pneumatique La fonction des actionneurs, est de convertir une énergie de puissance provenant du préactionneur en une énergie adaptée à l'exécution de la tâche à effectuer.

Vérin Moteur électrique

Le transmetteur adapte l’énergie issue de l’actionneur à l’effecteur. Ce dernier est l'élément terminal de la chaîne d’énergie. Il agit directement sur la matière d'œuvre en vue de lui apporter une valeur ajoutée.

Pince pneumatique Réducteur

III.4. La chaîne d’information La chaîne d’information permet :

• d’acquérir des informations : o sur l’état d’un produit ou de l’un de ses éléments (en particulier de la chaîne

d’énergie), o issues d’interfaces homme/machine ou élaborées par d’autres chaînes d’information, o sur un processus géré par d’autres systèmes (consultation de bases de données,

partage de ressources, ...), • de traiter ces informations ;

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• de communiquer les informations générées par le système de traitement pour réaliser l’assignation des ordres destinés à la chaîne d’énergie ou (et) pour élaborer des messages destinés aux interfaces homme/machine (ou à d’autres chaînes d’information).

Acquérir Traiter Communiquer

Grandeurs physiques, consignes Informations traitées Ordres, messages

Capteurs TOR, Capteurs analogiques, Capteurs numériques, Interfaces homme / machine, Systèmes numériques d’acquisition de données.

Matériels :- Automates programmables ; - Ordinateurs ; - Microcontrôleurs ; - Modules logiques programmables ; - circuits de commande câblés, … Logiciels : - Ateliers logiciels, - Éditeur de modèles de commande avec générateur de code, …

- Commandes TOR, - Interfaces homme/machine, - Liaisons utilisant le mode de transmission série, - Liaisons utilisant le mode de transmission parallèle, - Réseau Ethernet - Bus capteurs/actionneurs, …

Images informationnelles utilisables

Le capteur a pour fonction d'acquérir l'information sous forme logique, numérique ou analogique.

Capteur de force Potentiomètre rotatif Thermistance L’unité de traitement est le plus souvent dans l'industrie une carte électronique, un automate programmable industriel (API) ou un P.C. industriel. C'est un ensemble électronique qui gère et assure la commande du système automatisé.

Automate programmable

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Exemple : scooter électrique Peugeot

Stop

Clignotants

Contacts Poignée

ADC

Tableau de bord

Phare

Feux arrières

BATTERIES

MOTEUR

U.C.E.

CHARGEUR Capteur

Carte UC

Hacheurs

Potentiomètre

Capteur Vitesse

Equipement électrique

Fourche avant Equipement électrique

Amortisseur arrière

Motorisation

Châssis

Béquille

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Capteur vitesse

Arbre

secondaire

Roue

arrière

Arbre de sortie Frein

Arbre moteur

Roue arrière

Poulies-courroiecrantée

Engrenage

Arbre canneléEcrou Nylstop

Arbre moteur

Arbre secondaire

Arbre de sortie

Moteur

Capteur vitesse

Frein

Transmission de la puissance

Bat.

18V

PPrriissee charge

OOpptt..

Hacheur

Hacheur ExcitationALP 13V eff..

CLIGN. 13V eff./1Hz

BruiteurCde Bruiteur

TTaabblleeaauu de bboorrdd Clavier 6 touches

77 voyants Logomètre

Béquille

Carte U.C.

T T

Protect. Court-cir.

Sécurité

Clé de contact SSeecctteeuurr 223300VV 5500HHzz

Chargeur embarqué

Capteur vitesse

Présence Secteur

F1

KM

+ B

+ AC

M

Selle Frein Accélé. Feu Stop

Prise diag.

Composants et Circuit puissance Circuit données conducteur

Circuit ordres Circuit grandeurs physiques à acquérir Circuit informations conducteur et Sécurité routière

Schéma électrique

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Chaîne d’information

Chaîne d’énergie

Energie de charge Secteur 230V, 50Hz

ACTION

ALIMENTER

TRANSMETTRE

ACQUERIR TRAITER

- Informations conducteur - Informations Sécurité routière. (Clignotants, Eclairage, Feu stop Voyants tableau de bord Bruiteur)

DONNEES CONDUCTEUR (Béquille, Selle, Frein, Accélérateur, Clavier, Bruiteur Contact, Eclairage, Clignotants)

Ordres - Commande inducteur - Commande Induit - Sécurité

Grandeurs physiques à acquérir - Courant Moteur - Courant Chargeur - Tension Batteries - Information vitesse - Présence Secteur.

Hacheur Moteur Poulies courroie Engrenage Frein Roue motrice

Chargeur Batteries

COMMUNIQUER

Ordre - Commande chargeur

DISTRIBUER CONVERTIR

Personne(s) au lieu initial

Personne(s) au lieu final

CHARGER STOCKER Pertes énergétiques

U.C. Capteurs Clavier, …

Commandes TOR bruiteur, …

IV. Structure des systèmes automatisés La structure du système définit les différents constituants qui le composent. C'est un agencement de modules élémentaires, réalisant chacun une fonction bien particulière, permettant d'aboutir à la fonction globale du système.

Milieu extérieur :- énergie, - information, - déchets…

Partie commande

Partie opérative

Ordres

Comptes rendus

Action Finalité du système

Consignes

Informations

Homme

Un Système Automatisé est composé de trois parties :

o la Partie Commande (P.C.) ; o la Partie Opérative (P.O.) ; o le Pupitre (ou Partie Relation).

La P.C. assure le fonctionnement de la P.O., elle gère le déroulement des opérations à réaliser en fonction d'informations issues de la P.O. et du pupitre. La P.O. est en général mécanisée, c'est elle qui agit sur la matière d'œuvre. Le Pupitre permet de dialoguer avec le système, c'est à dire lui donner des consignes et recevoir des comptes rendus sur son état.

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V. Chaîne fonctionnelle (ou axe) d’un système automatisé Une chaîne fonctionnelle est un sous-ensemble d’un système automatisé. Elle permet de réaliser une des fonctions élémentaires (transférer, réguler, positionner, maintenir, transformer, …) participant à la réalisation de la fonction globale du système.

Partie Commande

Matière d’œuvre

Matière d’œuvre + Valeur ajoutée

Energie

Partie Opérative Consignes

Informations Acquérir

Agir

Traiter

Com

muniquer

Gérer

Adapter

Autres organes

Une chaîne fonctionnelle comporte en général :

o la chaîne d’action, du traitement à son effet ; o la, ou les, chaîne(s) d’acquisition :

• chaîne d’acquisition d’information(s) sur le produit ou le processus (souvent appelée chaîne de retour) ;

• chaîne d’acquisitions d’informations extérieures (consignes de l’opérateur, messages transmis par une autre partie commande) ;

o la partie traitement de la chaîne fonctionnelle, qui traite les informations des chaînes d’acquisition pour élaborer les ordres à destination de la chaîne d’action.

Pré actionneur Gérer l’énergie

Actionneur Convertir l’énergie

Capteur(s) Acquérir et transmettre l’information

Effecteur Opérer sur le produit

Information(s) source

Module de sortie(s) Transmettre les ordres

Module d’entrée(s) Adapter les informations

Unité de traitement

Traiter les informations

Module de dialogue(s) Communiquer

avec : - opérateurs - autres PC

Ordre d’actionEnergie modulée en vue de l’action

Energie mécanique

Grandeur amplifiée, codée représentative de la grandeur physique à mesurer

Grandeur physique à mesurer

Chaîne d’acquisition

Chaîne d’action

Tra

item

ent

Matière d’oeuvre

Matière d’œuvre +

Valeur ajoutée