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SII · C01 — Modélisation graphique SysML

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).

Sommaire du chapitre
📌 Fiche mémo — C01 Modélisation SysML
Frontière d'étudedélimite le système de son environnement extérieur, préalable à toute analyse
Cas d'utilisation (uc)fonction globale du système + acteurs (principaux/secondaires) et services attendus
Diagramme des exigences (req)exigence = capacité/contrainte à satisfaire ; relations inclusion, vérification, raffinement
Caractériser une exigencecritère (grandeur mesurable) + niveau (valeur cible) + flexibilité (écart toléré)
Cahier des chargesensemble des exigences + valeurs, sert de référence aux performances réelles/simulées
Diagramme de blocs (bdd)inventaire hiérarchique des composants, décomposition descendante
Diagramme de blocs internes (ibd)flux entre composants de même niveau : ports de flux (MEI) ou ports standards (services)
Flux fondamentauxMatière, Énergie, Information (MEI) : toute chaîne fonctionnelle s'analyse via ces 3 flux
Conversion de puissanceun composant qui transforme un flux (ex. moteur : élec → méca)
Choisir le bon diagrammeacteurs/fonction → uc ; exigence chiffrée → req ; sous-systèmes → bdd ; flux entre composants → ibd

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

Définition La frontière d'étude délimite le système étudié en le distinguant de son environnement extérieur. Sa définition est un préalable à l'identification des composants et sous-systèmes internes.
Point de vue Un même objet change de frontière selon le point de vue. Ex. Airbus ZeroE : pour l'avionneur, le système est l'avion (air, sol, tours de contrôle = extérieur) ; pour le motoriste, le système est le moteur H₂ et le reste de l'avion (nacelle, fuselage) devient l'environnement extérieur.

1.2 Analyse fonctionnelle : besoin, cas d'utilisation, exigences

Besoin L'analyse fonctionnelle décrit à quoi sert le système et quelles contraintes il respecte. Une entreprise cherche l'adéquation entre le besoin du client et les fonctions offertes (identifié par enquêtes, sondages, études de marché).
Diagramme des cas d'utilisation (uc) Exprime la fonction globale (la « raison d'être » du système du point de vue de l'utilisateur) et définit les acteurs (utilisateurs humains ou non, principaux ou secondaires) et les services attendus par chacun.
Diagramme des exigences (req) Une exigence exprime une capacité ou une contrainte à satisfaire. Le diagramme regroupe les exigences liées au besoin utilisateur ou aux contraintes du milieu extérieur. Relations : inclusion (une exigence dans une autre), vérification (conditions de test), raffinement (précision / information complémentaire).
Caractériser une exigence (à savoir faire ★) Trois attributs :
• 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 % »).
Cahier des charges Un diagramme des exigences est établi par phase d'utilisation. L'ensemble des exigences + leurs caractéristiques constitue le cahier des charges — document clé des échanges en entreprise. Il fournit les valeurs attendues auxquelles on comparera les performances réelles et simulées.

1.3 Analyse structurelle : bdd et ibd

Diagramme de définition de blocs (bdd) Inventaire hiérarchique des composants : décomposition en systèmes / sous-systèmes (analyse descendante). Relié à une nomenclature ou à la maquette numérique CAO. La multiplicité « 0..* » indique « 0 exemplaire ou plus » du composant.
Diagramme de blocs internes (ibd) Identifie les flux échangés entre composants de même niveau, avec différents raffinements :
• 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).
Les trois flux fondamentaux (SII) Matière, Énergie, Information (MEI). Toute la chaîne fonctionnelle d'un système s'analyse via ces flux circulant de la chaîne d'énergie vers la chaîne d'information (que l'on détaillera au C02).

2. Exercices d'entraînement (créés) avec corrections

Exercice A — Identifier critère / niveau / flexibilité♦◊◊
Exigence : « Le vélo électrique doit avoir une autonomie d'au moins 80 km, avec une tolérance de −15 %. »

Décomposer l'exigence

CritèreAutonomie (distance parcourue sur une charge)
Niveau80 km
Flexibilité−15 % (soit ≥ 68 km acceptable)

Le critère est mesurable, le niveau est la valeur cible, la flexibilité est l'écart toléré.

Exercice B — Choisir le bon diagramme♦◊◊
Pour chaque question sur un robot tondeuse, indiquer le diagramme SysML à consulter.

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.

Q1 — Critères (rouge) / niveaux (vert) des exigences 1.2, 1.7.1–1.7.3♦◊◊

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).

Q2 — Proposer un critère + niveau pour l'exigence 1.5♦♦◊

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)

Q3 — Flexibilité sur le temps de charge de la batterie♦♦◊

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.

Q1 — La crosse de l'avion est-elle un composant interne ?♦◊◊

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.

Q2 — Le chef de pont appartient à l'environnement extérieur♦◊◊

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).

Q3 — Compléter le texte à partir du diagramme des exigences♦♦◊

« 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. »

Q4 — Quel système du bdd n'est pas évoqué par la description ?♦◊◊

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.

Q5 — Sous-systèmes de même niveau du frein d'appontage♦◊◊

Trois sous-systèmes : l'ensemble sous-mécanique, la vanne de dissipation, le système de réglage du freinage.

Q6 — Type du diagramme (flux)♦◊◊

Le diagramme montre des flux entre composants via des ports.

C'est un diagramme de blocs internes (ibd).

Q7 — Chaîne de dissipation de l'énergie cinétique et types de puissance♦♦♦

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.

Q8 — Sur quels composants le chef de pont agit-il pour régler le pointeau ?♦♦◊

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).

Bilan C01 Chapitre conceptuel (pas de calcul) : maîtriser la frontière d'étude, distinguer analyse fonctionnelle (uc, req + critère/niveau/flexibilité, cahier des charges) et structurelle (bdd hiérarchie, ibd flux MEI), et savoir lire chaque diagramme. Base indispensable avant l'étude des systèmes asservis (C02→C12).

📂 Documents donnés

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