Analyse de la structure générale d’un système

Introduction
 
Avant d'établir le lien entre le cahier des charges et les solutions technologiques, il est crucial de rappeler l'organisation structurelle générale d'un système. En effet, un système, le plus souvent complexe, se forme d'une combinaison d'organes technologiques qui, dans l'ensemble, permettra de répondre aux fonctions spécifiées par le cahier des charges, plutôt qu'à un organe technologique isolé.
Un système se divise généralement en deux parties distinctes : une partie commande (PC) et une partie opérative (PO), qui peuvent elles-mêmes se décomposer en plusieurs sous-éléments. Pour simplifier l'analyse structurelle d'un système, qu'il s'agisse de son étude ou de sa réalisation, un diagramme clair a été élaboré : la chaîne fonctionnelle.

 
1 : La chaîne fonctionnelle d’un système, vue d’ensemble

Comme le l'adage, un dessin vaut mieux que mille mots, donc voici à quoi ressemble une chaîne fonctionnelle type :
 

Stop ! J’ai mal à la tête ! C’est quoi tout ce charabia ?
 
 
Pas de panique ! Je vais tout vous expliquer.
Tout d'abord, on observe que, globalement, la structure d'un système se décompose en deux parties :

• Une partie commande (PC), représentée par la chaîne d'information.
• Une partie opérative (PO), représentée par la chaîne d'énergie.

Le but de la PC ( la chaîne d'information ) : Collecter des informations internes ou externes et les traiter afin de générer les ordres à communiquer à la PO et les informations à partager avec l'extérieur.
Le but de la PO (la chaîne d'énergie) : Exécuter les ordres de la PC afin d'agir sur la matière d'œuvre entrante pour lui conférer la valeur ajoutée souhaitée en adaptant et en transformant l'énergie disponible. La matière d'œuvre entrante dans le système est l'objet sur lequel notre système va agir. La valeur ajoutée, c'est ce que le système va effectuer sur l'objet.
Cependant, la chaîne fonctionnelle permet de représenter la structure générale d'un système ; les sous-parties que j'expliciterai, correspondant donc à différents types d'organes technologiques, ne sont donc pas toutes présentes dans tous les systèmes. De même, il n'est pas rare que, dans certains cas, un même organe technologique puisse effectuer la fonction de plusieurs maillons de la chaîne et inversement, qu'un même maillon de la chaîne soit réalisé par plusieurs organes technologiques successifs !
Maintenant, rentrons davantage dans les détails !
 
2 : Zoom sur la chaine d’énergie
Cette chaîne représente la partie effective du système ! C'est elle qui agit directement sur la matière d'œuvre et qui effectue la fonction spécifiée par le cahier des charges. La chaîne d'énergie se décompose généralement en cinq sous-parties.

• Un bloc d'alimentation en forte puissance

Sa fonction est de fournir au système l'énergie de forte puissance. C'est une énergie brute qui peut être électrique, hydraulique, pneumatique, et plus rarement mécanique. C'est de la chaîne d'alimentation que va provenir l'énergie nécessaire à l'action. Cependant, cette énergie brute devra d'abord être adaptée.

• Un bloc de distribution

Sa fonction est de distribuer l'énergie de forte puissance en fonction des ordres de la PC. Elle permet de diriger de manière contrôlée une partie de l'énergie brute vers la chaîne d'adaptation. Elle présente donc deux entrées : les ordres provenant de la PC d'une part, l'énergie brute provenant du bloc d'alimentation d'autre part et une sortie : l'énergie avec un débit contrôlé.

• Un bloc de conversion

Sa fonction est de convertir l'énergie disponible en énergie utilisable pour agir sur la matière d'œuvre. Généralement, on convertit une énergie électrique en énergie mécanique ! Cependant, il est possible d'avoir des convertisseurs électrique/électrique (exemple : convertisseur alternatif/continu). Ne pas oublier non plus qu'il existe d'autres types d'énergie : hydraulique, pneumatique, thermique, etc. Il faudra ensuite adapter et transmettre cette énergie à la chaîne d'action qui agira sur la matière d'œuvre.

• Un bloc de transmission

Sa fonction est d'adapter l'énergie convertie (exemple pour l'énergie mécanique de rotation : réduire la vitesse et augmenter le couple) et de la transmettre au bloc d'action qui lui va agir sur la matière d'œuvre. Il n'est pas rare de voir plusieurs organes technologiques différents se succéder dans cette chaîne.

• Un bloc d’action

Sa fonction est d'agir sur la matière d'œuvre afin d'y apporter la valeur ajoutée souhaitée par le cahier des charges. Elle contient le ou les effecteurs qui transforment toute l'énergie qui leur est donnée en action sur la matière d'œuvre.
 
Hum… un résumé avec des exemples ?
 
Pour résumer, la PO permet de fournir l'énergie, de la distribuer, de la convertir, de l'adapter et de la transmettre aux effecteurs selon le diagramme suivant :

3 : Zoom sur la chaîne d’information :
 
Cette chaîne représente la tête pensante du système ! Le cerveau, mais aussi les yeux, les oreilles et la bouche du système ! La chaîne d'information se décompose généralement en trois sous-parties.

• Une chaîne d'acquisition,

Sa fonction est d'acquérir des informations internes et externes et de les convertir en images informationnelles utilisables par la chaîne de calcul. Elle peut donc être composée de capteurs en tout genre que l'on peut alors assimiler aux yeux du système et qui vont récupérer (observer) une image des données physiques directement observables au niveau du système et de ses environnements (exemples : vitesse, distance). Elle peut aussi être composée de points de récupération de données (exemples : antennes, récepteurs infrarouges, récepteur de commande vocale, etc.) que l'on peut assimiler aux oreilles du système, qui vont récupérer (écouter) des consignes utilisateur et autres informations extérieures.

• Une chaîne de calcul,

Sa fonction est de traiter les informations reçues à partir de la chaîne d'acquisition (exemples : informations de vitesse, de distance, de consigne utilisateur) en fonction des données internes au système (exemples : programme, câblage, calibrage) afin de générer la réponse formelle de la tâche à effectuer (exemple : ralentir de X %) qu'il faudra ensuite envoyer à la PO par le biais de la chaîne de communication afin d'obtenir le résultat souhaité. On peut donc l'assimiler au cerveau du système.

• Une chaîne de communication,

Sa fonction est de transférer vers la PO la réponse formelle de la tâche à effectuer convertie en ordres logiques compréhensibles par la PO (exemple : signal périodique à rapport cyclique variable, aussi appelé PWM ou MLI, ordre en tout ou rien (ou booléen), signal de fréquence variable, etc.), ainsi que de communiquer des données vers l'extérieur (affichage de la vitesse, voyant lumineux, etc.). On peut donc l'assimiler à la bouche du système.
 
Hum… un autre résumé avec des exemples ?
 
Pour résumer, la PC permet d'observer, d'écouter, de réfléchir et de communiquer selon le diagramme suivant :

Voilà, ce cours touche à sa fin.
Vous comprendrez que pour répondre à chacune des fonctions spécifiées par le cahier des charges, on mettra en place un système suivant plus ou moins cette structure. Maintenant que vous connaissez les bases de cette structure, il vous sera plus aisé d'entrevoir les structures technologiques organisées des solutions permettant de réaliser les fonctions spécifiées par votre cahier des charges. Afin d'organiser votre recherche de solutions technologiques en partant des fonctions spécifiées par votre cahier des charges, il existe certaines méthodes fiables et éprouvées que je vous présenterai dans un prochain tutoriel.