Sciences de l'ingénieur1ère

Analyse fonctionnelle d’un système
Exercices corrigés

Maîtrisez l'analyse fonctionnelle d'un système : identification des fonctions, diagrammes SADT, cahier des charges fonctionnel grâce à ces 5 exercices détaillés.

Concepts & Exercices
\(\text{Système} = f(\text{Fonctions}, \text{Contraintes}, \text{Flux})\)
Modèle d'analyse fonctionnelle
Fonction principale
FP
But principal du système
Fonction secondaire
FS
Fonctions complémentaires
Diagramme SADT
A0, A1, A2...
Hierarchisation des fonctions
🎯
Analyse fonctionnelle : Méthode d'étude des fonctions d'un système.
📋
Diagramme SADT : Outil de représentation hiérarchique des fonctions.
🔍
Flux : Informations, énergie, matière échangées entre le système et son environnement.
⚙️
Contraintes : Limitations imposées au système.
Exercice 1
Analyser fonctionnellement un système de freinage automobile
Exercice 2
Analyser fonctionnellement un ordinateur portable
Exercice 3
Analyser fonctionnellement un robot multifonction
Exercice 4
Analyser fonctionnellement un système de domotique
Exercice 5
Analyser fonctionnellement un stimulateur cardiaque
Corrigé : Exercices 1 à 3
1 Système de freinage
Définition :

Analyse fonctionnelle : Méthode qui consiste à décomposer un système en sous-systèmes pour identifier les fonctions qu'ils doivent assurer.

Méthode d'analyse fonctionnelle :
  1. Identifier la fonction principale (FP)
  2. Lister les fonctions secondaires (FS)
  3. Déterminer les flux d'entrée et de sortie
  4. Créer le diagramme SADT de niveau A0
  5. Hiérarchiser les fonctions dans le diagramme
Analyse du système de freinage automobile :

Fonction principale (FP) : Arrêter ou ralentir un véhicule en toute sécurité

Fonction secondaire (FS1) : Transmettre l'effort de freinage

Fonction secondaire (FS2) : Convertir l'énergie mécanique en énergie thermique

Flux d'entrée :

Commande de freinage (pression du conducteur), vitesse du véhicule

Flux de sortie :

Décélération du véhicule, dissipation thermique

Flux d'information :

État du système, pression hydraulique

Flux d'énergie :

Énergie cinétique du véhicule → Énergie thermique

Étape 1 : Identification de la fonction principale

Le système doit permettre au conducteur de ralentir ou d'arrêter le véhicule de manière contrôlée

Étape 2 : Analyse des flux

Entrée : Commande manuelle, énergie cinétique du véhicule
Sortie : Décélération, chaleur

Étape 3 : Identification des sous-fonctions

Transmettre effort, convertir énergie, assurer la sécurité

FP : Arrêter ou ralentir un véhicule en toute sécurité
Réponse finale :

Fonction principale : Arrêter ou ralentir un véhicule en toute sécurité
Fonctions secondaires : Transmission effort, conversion énergie
Flux : Entrée (commande, vitesse), Sortie (décélération, chaleur)

Règles appliquées :

• Flux d'entrée : Ce que reçoit le système de son environnement

• Flux de sortie : Ce que fournit le système à son environnement

• Sécurité : Critère fondamental pour les systèmes critiques

2 Ordinateur portable
Définition :

Système informatique : Ensemble de composants matériels et logiciels traitant des données.

Analyse fonctionnelle d'un ordinateur portable :

Fonction principale (FP) : Traiter des données pour produire des résultats exploitables

Fonction secondaire (FS1) : Interagir avec l'utilisateur

Fonction secondaire (FS2) : Stocker des données

Flux d'entrée :

Données utilisateur (clavier, souris), alimentation électrique

Flux de sortie :

Informations affichées, documents imprimés

Flux d'information :

Programmes, données, signaux de contrôle

Flux d'énergie :

Alimentation électrique → Énergie dissipée

Étape 1 : Analyse du service rendu

L'ordinateur traite des données pour produire des résultats exploitables

Étape 2 : Identification des interactions

Communication avec l'utilisateur, traitement des données, stockage

Étape 3 : Spécification des flux

Entrée : Données, commande, énergie
Sortie : Résultats, affichage, stockage

FP : Traiter des données pour produire des résultats exploitables
Réponse finale :

Fonction principale : Traiter des données pour produire des résultats exploitables
Fonctions secondaires : Interaction utilisateur, stockage
Flux : Entrée (données, énergie), Sortie (résultats, affichage)

Règles appliquées :

• Portabilité : Caractéristique spécifique des ordinateurs portables

• Autonomie : Critère important pour les systèmes nomades

• Interactivité : Communication bidirectionnelle avec l'utilisateur

3 Robot multifonction
Définition :

Robot multifonction : Système automatisé capable d'exécuter plusieurs tâches différentes.

Analyse fonctionnelle d'un robot multifonction :

Fonction principale (FP) : Exécuter des tâches domestiques de manière automatisée

Fonction secondaire (FS1) : Se déplacer dans l'espace

Fonction secondaire (FS2) : Manipuler des objets

Flux d'entrée :

Commandes programmées, capteurs d'environnement

Flux de sortie :

Tâches exécutées, objets manipulés

Flux d'information :

Données capteurs, instructions programme

Flux d'énergie :

Énergie électrique → Mouvement, action

Étape 1 : Analyse du service rendu

Automatisation de tâches domestiques : nettoyage, manipulation, surveillance

Étape 2 : Identification des capacités requises

Mobilité, manipulation, perception, intelligence artificielle

Étape 3 : Spécification des interactions

Communication avec l'environnement, capteurs, actionneurs

FP : Exécuter des tâches domestiques de manière automatisée
Réponse finale :

Fonction principale : Exécuter des tâches domestiques de manière automatisée
Fonctions secondaires : Déplacement, manipulation
Flux : Capteurs, commandes, énergie, résultats

Règles appliquées :

• Flexibilité : Capacité à exécuter différentes tâches

• Perception : Capacité à interpréter l'environnement

• Autonomie : Indépendance vis-à-vis de l'intervention humaine

Corrigé : Exercices 4 à 5
4 Système de domotique
Définition :

Système de domotique : Ensemble de technologies permettant de contrôler à distance les équipements d'un bâtiment.

Analyse fonctionnelle d'un système de domotique :

Fonction principale (FP) : Gérer automatiquement les équipements d'un habitat

Fonction secondaire (FS1) : Communiquer avec l'utilisateur

Fonction secondaire (FS2) : Surveiller l'environnement

Flux d'entrée :

Données capteurs (température, luminosité, présence), commandes utilisateur

Flux de sortie :

Commandes vers les actionneurs (chauffage, éclairage, volets)

Flux d'information :

Statuts équipements, historique, alertes

Flux d'énergie :

Énergie électrique → Énergie utilisée par les équipements

Étape 1 : Analyse du contexte d'utilisation

Gestion des équipements d'un habitat pour confort, sécurité et économie d'énergie

Étape 2 : Identification des fonctions de base

Contrôle, surveillance, communication, automatisation

Étape 3 : Spécification des interactions

Communication bidirectionnelle entre capteurs, système et actionneurs

FP : Gérer automatiquement les équipements d'un habitat
Réponse finale :

Fonction principale : Gérer automatiquement les équipements d'un habitat
Fonctions secondaires : Communication, surveillance
Flux : Capteurs, commandes, statuts, énergie

Règles appliquées :

• Interconnexion : Communication entre différents équipements

• Automatisation : Programmation de scénarios pour réduire l'intervention humaine

• Sécurité : Protéger les données et le système contre les intrusions

5 Stimulateur cardiaque
Définition :

Stimulateur cardiaque : Dispositif médical implantable qui régule le rythme cardiaque.

Analyse fonctionnelle d'un stimulateur cardiaque :

Fonction principale (FP) : Maintenir un rythme cardiaque approprié

Fonction secondaire (FS1) : Détecter l'activité cardiaque

Fonction secondaire (FS2) : Fournir des impulsions électriques

Flux d'entrée :

Signal cardiaque naturel, paramètres physiologiques

Flux de sortie :

Impulsions électriques pour stimuler le cœur

Flux d'information :

Données médicales, historique des interventions

Flux d'énergie :

Énergie stockée dans la batterie → Impulsions électriques

Étape 1 : Analyse du contexte médical

Compensation d'un trouble du rythme cardiaque pour maintenir la fonction cardiaque

Étape 2 : Identification des contraintes spécifiques

Sécurité, biocompatibilité, autonomie, fiabilité

Étape 3 : Spécification des performances

Fréquence d'impulsions, durée de vie, précision

FP : Maintenir un rythme cardiaque approprié
Réponse finale :

Fonction principale : Maintenir un rythme cardiaque approprié
Fonctions secondaires : Détection activité, stimulation électrique
Flux : Signaux cardiaques, impulsions, données médicales, énergie

Règles appliquées :

• Sécurité médicale : Premier critère pour les dispositifs implantables

• Biocompatibilité : Matériaux non toxiques pour l'organisme

• Fiabilité : Fonctionnement continu sans maintenance

Cours bien détaillé
\(\text{Système} = \sum_{i=1}^{n} \text{Fonction}_i\)
Décomposition fonctionnelle
🎯
Fonction principale : Service rendu par le système au client.
📋
Diagramme SADT : Représentation hiérarchique des fonctions.
🔍
Flux : Informations, énergies, matières échangées.
⚙️
Contraintes : Limitations imposées au système.
💡
Conseil : La fonction principale doit exprimer le service rendu sans préciser la solution technique
🔍
Attention : Les flux doivent être cohérents entre les niveaux du diagramme SADT
⚡
Astuce : Utiliser la méthode SADT pour structurer l'analyse fonctionnelle
📋
Méthode : Commencer par identifier les entrées et sorties du système
✅
Vérification : Toutes les fonctions doivent contribuer à la fonction principale
Méthodologie d'analyse fonctionnelle :
  • Identification du système : Délimiter le système à analyser
  • Contexte d'utilisation : Comprendre le rôle du système dans son environnement
  • Identification des fonctions : Quelles sont les fonctions attendues ?
  • Hiérarchisation : Classer les fonctions par importance
  • Diagramme SADT : Représenter les fonctions et leurs relations
Règles importantes :
  • La fonction principale commence toujours par un verbe d'action (traiter, commander, surveiller...)
  • Les flux d'entrée proviennent de l'environnement du système
  • Les flux de sortie sont fournis par le système à son environnement
  • Les flux d'information sont des données utilisées pour piloter le système
  • Le diagramme SADT permet de décomposer un système en sous-systèmes
Types de flux :
  • Matériel : Substances physiques (liquides, solides, gaz)
  • Énergétique : Formes d'énergie (électrique, mécanique, thermique)
  • Informationnel : Données, signaux, commandes
  • Environnemental : Conditions externes (température, humidité, pression)
Nomenclature SADT :
  • A0 (Niveau global) : Vue d'ensemble du système
  • A1, A2... (Niveaux détaillés) : Décomposition des fonctions principales
  • Boîtes (rectangles) : Représentent les fonctions
  • Flèches : Représentent les flux entre fonctions
Analyse fonctionnelle d’un système Introduction à la démarche d’ingénierie