C01 — Modélisation graphique des systèmes avec le langage SysML
Frontière d'étude ; analyse fonctionnelle (besoin, diagramme des cas d'utilisation uc, diagramme des exigences req avec critère / niveau / flexibilité, cahier des charges) ; analyse structurelle (diagramme de définition de blocs bdd, diagramme de blocs internes ibd et flux matière / énergie / information).
1. Résumé de cours détaillé
Objectif de l'année : à partir des descriptions fonctionnelle et structurelle d'un système (souvent un asservissement), décrire comment il est réalisé, puis évaluer ses performances (réelles ou simulées) et vérifier si les exigences du cahier des charges sont validées.
1.1 Frontière d'étude
1.2 Analyse fonctionnelle : besoin, cas d'utilisation, exigences
• Critère : la grandeur physique mesurable (ex. « masse maximale embarquée »).
• Niveau : la valeur nominale attendue (ex. « 30000 kg »).
• Flexibilité : l'écart acceptable autour du niveau (ex. « −10 % »).
1.3 Analyse structurelle : bdd et ibd
• Ports de flux : échanges de matière / énergie / information ;
• Ports standards : services invoqués par un autre constituant.
Un composant qui transforme un flux réalise une conversion de puissance (ex. moteur : élec → méca ; turbine : méca → pneumatique).
2. Exercices d'entraînement (créés) avec corrections
Décomposer l'exigence
| Critère | Autonomie (distance parcourue sur une charge) |
| Niveau | 80 km |
| Flexibilité | −15 % (soit ≥ 68 km acceptable) |
Le critère est mesurable, le niveau est la valeur cible, la flexibilité est l'écart toléré.
1) « Quels sont les acteurs et la fonction globale ? »
Diagramme des cas d'utilisation uc
2) « Quelle surface minimale doit-il tondre en 1 h ? »
Diagramme des exigences req (critère + niveau)
3) « De quels sous-systèmes est-il constitué ? »
Diagramme de définition de blocs bdd
4) « Comment l'énergie de la batterie parvient-elle aux roues ? »
Diagramme de blocs internes ibd (flux d'énergie)
3. Correction intégrale du TD
Source : S2I-C01-TD + corrigé officiel LECONTE (TD 1 — décrire les fonctions et la structure en SysML). Les diagrammes sont des figures (images) dans le PDF ; on restitue ici les réponses attendues du corrigé et le raisonnement.
Exercice 1.1 — Le Segway
Véhicule individuel de type pendule inversé (naturellement instable) : direction à la poignée, avance selon l'inclinaison du corps ; l'équilibre est assuré par la commande du système.
Sur le diagramme des exigences, on distingue pour chaque exigence la grandeur mesurable (critère) de sa valeur cible (niveau). Méthode : le critère répond à « quoi mesure-t-on ? » et le niveau à « quelle valeur ? ».
On surligne le critère (ex. « vitesse maximale », « temps de charge ») en rouge et le niveau associé (ex. « 20 km/h », « 5 h ») en vert (voir figure 1 du corrigé).
L'exigence 1.5 concerne la détection d'obstacle / signalisation. Une formulation acceptable (corrigé) :
« Émettre un signal sonore discontinu de 0,5 dB lorsqu'un obstacle est détecté à une distance de 2 m. » (critère = niveau sonore + distance de détection ; niveaux = 0,5 dB et 2 m)
La flexibilité est l'écart toléré sur le niveau. Le diagramme indique deux tolérances selon le mode de charge :
• Recharge à domicile : 6 h admises au lieu de 5 h → +1 h, soit +20 %.
• Recharge sur borne spécialisée : 1 h 30 admise au lieu de 1 h → +½ h, soit +50 %.
Flexibilité : +20 % (domicile, 6 h ≤ pour 5 h) et +50 % (borne, 1 h 30 pour 1 h).
Exercice 1.2 — Système d'appontage du porte-avions Charles de Gaulle
Piste d'appontage ≈ 100 m ; Rafale Marine / Hawkeye de 8 à 20 t, vitesse d'appontage 200–250 km/h. Une crosse accroche un brin (câble) relié à un système hydromécanique qui récupère l'énergie cinétique ; une vanne de laminage dissipe une partie en chaleur, un système oléopneumatique reconfigure l'installation.
La frontière d'étude est le frein d'appontage du porte-avions. La crosse appartient à l'avion.
Non : la crosse fait partie des limites de l'avion — c'est un élément de l'environnement extérieur, pas un composant interne du système étudié.
On cherche la phrase du principe de fonctionnement montrant une interaction extérieure du chef de pont avec le système.
« Le système doit être capable de se configurer à la demande du chef de pont. » (le chef de pont commande sans être interne).
« L'accélération (décélération) maximale ne doit pas dépasser l'accélération moyenne de plus de 30 %. Pour la protection du pilote et de l'avion, les accélérations doivent rester inférieures à 5 G. Le temps de reconfiguration ne doit pas excéder 2 min afin de maintenir une cadence d'appontage optimale. »
La description parle de dissiper l'énergie et amortir les vibrations, mais pas du réglage.
Le système (Σ) de réglage du freinage n'est pas évoqué.
Trois sous-systèmes : l'ensemble sous-mécanique, la vanne de dissipation, le système de réglage du freinage.
Le diagramme montre des flux entre composants via des ports.
C'est un diagramme de blocs internes (ibd).
On suit le flux de puissance de l'avion jusqu'à l'environnement, en notant la nature de la puissance à chaque étage :
• Énergie cinétique de l'avion → puissance mécanique sur le brin ;
• Brin → mouffles : puissance mécanique ;
• → presse hydraulique : puissance hydraulique ;
• Pointeau : puissance hydraulique → thermique (laminage) ;
• Échangeur : puissance thermique évacuée.
La puissance mécanique venue de la crosse est finalement dissipée sous forme d'eau chaude (puissance thermique) vers l'extérieur.
D'après l'ibd, le réglage remonte une chaîne d'actionnement.
Le réglage du chef de pont commande les vérins électriques, qui actionnent les leviers, lesquels commandent à leur tour le pointeau (donc le freinage).
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