Présentation fonctionnelle du SYSTEME D’AIDE A LA NAVIGATION Centrale de commande SIMRAD Pilote hydraulique Lecomble et Schmitt Il s’agit de présenter le système d’aide à la navigation utilisé comme support de travaux pratiques en Sciences Industrielles de l’Ingénieur dans les classes préparatoires, à la fois pour la partie mécanique et la partie électrique. Cette présentation s’appuie sur quelques outils de l’analyse fonctionnelle, présente dans le référentiel de formation des classes préparatoires scientifiques.

Analyse du besoin Barreur Cap de consigne Cap suivi Action sur la barre L’analyse externe cherche à justifier l’intérêt du produit par rapport aux attentes de l’utilisateur potentiel, ici le barreur d’un voilier. Pour suivre un cap de consigne en pilotage manuel, ce barreur doit constamment lire le cap suivi, indiqué par le compas, et corriger l’orientation du safran en fonction de l’écart constaté. S’il est seul expérimenté pour manœuvrer, il doit également intervenir de temps à autre sur le réglage des voiles. Cette dernière opération, à la fois complexe et intuitive ne peut être automatisée facilement. Orientation du safran

Système d’aide à la navigation Expression du besoin À qui…? Barreur Sur quoi…? Safran Système d’aide à la navigation Maintenir le bateau dans le cap de consigne Pour… Par contre, la prise en charge automatique de la barre est possible et permet alors au barreur de se consacrer aux autres tâches de navigation sans qu’il y ait perte de cap. Le système d’aide à la navigation rend donc service au barreur en agissant sur l’orientation du safran pour maintenir le bateau dans le cap de consigne. Prise en charge automatique de la barre

Phase de vie Conditionnement Stockage Transport Installation Utilisation Maintenance Elimination Par rapport aux phases de vie du système, l’expression du besoin formulée précédemment et les fonctions qui vont être explicitées par la suite ne concernent que la phase d’exploitation normale du système, en cours de navigation.

Console de communication AP16 Système étudié Moteur cc 12V Console de communication AP16 Compas RFC35 Pompe V2H40 Vérin By-pass Les éléments constituant le banc d’étude forment un sous-système cohérent bien qu’il soit dissocié du système dynamique réel correspondant au bateau dans sa globalité, réagissant aux sollicitations du vent, de l’eau, et du champ gravitationnel, en fonction de son inertie. Ainsi on définit le système étudié comme regroupant : -l’unité de calcul AC10 -la console d’affichage et de saisie AP16 -le capteur de cap magnétique RFC35 -le capteur angulaire de position RF300 qui renseigne sur l’orientation du safran par rapport à la coque du bateau -la transmission hydraulique constituée d’un moteur à courant continu, d’une pompe à pistons axiaux, d’un by-pass et d’un vérin hydraulique double-tige. -et le bras de mèche qui est solidaire du safran Capteur angulaire RF300 12V Bras de mèche Unité de calcul AC10

Graphe des interacteurs Milieu humain Equipage Barreur Milieu économique Milieu physique FC6 FC5 Marché Gouvernail FC7 FP2 Système d’aide à la navigation Milieu technique FC4 Coque du bateau Batterie 12V FC1 FP1 Le bilan des éléments extérieurs en relation avec le système permet de définir les fonctions de service identifiées dans les 4 milieux: humain, physique, technique et économique. FC2 Autres périphériques NMEA 2000 FC3 Référentiel de cap Milieu marin

Fonctions de service FP1: Analyser la direction du bateau par rapport au référentiel de cap et au cap choisi afin d’ajuster la position du safran. FP2: Manœuvrer le safran. FC1: Puiser son énergie dans une batterie. FC2: Permettre de prendre en compte éventuellement des informations en provenance de périphériques de navigation auxiliaires. FC3: Résister au milieu extérieur (soleil, température, embruns,…). FC4: S’intégrer au bateau. FC5: Permettre au barreur de sélectionner les divers modes de marche. FC6: Être accepté par l’équipage. FC7: Présenter des atouts économiques Pour la suite, on citera seulement : la fonction contrainte FC2 : permettre de prendre en compte éventuellement les informations issues de périphériques de navigation auxiliaires concernant par exemple les paramètres de vent en direction et en intensité, la profondeur du fond marin, la température de l’eau, la vitesse du bateau, etc … La nécessité de faire communiquer des capteurs d’origine diverse impose ici un bus réseau à la norme NMEA 2000. la fonction principale FP2 : Manœuvrer le safran où intervient la pompe hydraulique et l’ensemble de transmission.

Chaînes énergie,information Réseau SimNet Chaîne d’information Réseau SimNet COMMUNIQUER TRAITER ACQUERIR Interface H/M Interface H/M Interface de communication AP16 Réseau RobNet Champ magnétique terrestre ACQUERIR Cap Compas RFC35 Angle safran TRAITER ACQUERIR Ordres Calculateur AC10 Capteur angulaire RF300 MO Batterie 12V Chaîne d’énergie Une analyse interne de type chaîne d’énergie et chaîne d’information s’adapte assez bien au système étudié bien que certains constituants remplissent plusieurs fonctions distinctes. Le safran constitue la matière d’œuvre. Son orientation définie en fonction de l’écart de cap constitue la valeur ajoutée. La chaîne d’énergie ne pose pas de difficultés: L’énergie est fournie par une batterie 12V, qu’un connecteur relie à la carte de puissance du calculateur AC10. Celui-ci alimente en temps utile le moteur du pilote hydraulique dont le vérin agit sur le bras de mèche pour orienter le safran. La chaîne d’information est plus complexe: Les principales fonctions de communication sont gérées par la console AP16 (Sélection des modes de marche, acquisition du cap de consigne, affichage des paramètres de navigation). L’AP16 communique avec la calculateur AC10 par un bus interne RobNet pour lui transmettre les consignes et recueillir des informations à afficher. Par ailleurs la console AP16 intègre une couche réseau SimNet conforme à la norme NMEA 2000 permettant de relier au système divers périphériques de navigation auxiliaires. Le compas RFC35 est relié directement au calculateur de même que le capteur angulaire RF300. L’ensemble des informations traitées par le calculateur lui permet de piloter la distribution d’énergie par sa carte de puissance. ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE Calculateur AC10 Pilote hydraulique Bras de mèche Orienter le safran Energie électrique Energie électrique distribuée Energie mécanique (F,V) Energie mécanique (C,) MO: Safran non orienté par rapport au cap MO+VA: Safran orienté en fonction du cap de consigne MO+VA

Fonction FP1 : gestion de l’information (FAST) FT1: Acquérir les paramètres de navigation (cap de consigne) Console de communication AP16 et RobNet Compas RFC35 FP1: Analyser la direction du bateau par rapport au référentiel de cap et au cap choisi afin d’ajuster la position du safran. FT2: Acquérir le cap suivi par rapport au référentiel de cap OU Périphérique optionnel (girouette) communiquant par SimNet avec AP16 ET FT3: Acquérir l’orientation du safran par rapport à la coque Capteur angulaire RF300 Le diagramme FAST descriptif détaille sur plusieurs niveaux comment chaque fonction principale est réalisée. Pour la fonction FP1 associée à la gestion de l’information, on retrouve sensiblement, au premier niveau, les fonctions techniques génériques identifiées dans la chaîne d’information précédente et leurs constituants associés. On remarque que l’acquisition du cap de consigne dépend de sa référence. En effet, il est courant de définir une route relative au nord magnétique, mais il est parfois préférable de naviguer au vent en maintenant un angle de girouette constant par rapport à l’axe du bateau. Dans ce deuxième cas la girouette peut utiliser le réseau SimNet NMEA 2000 de la console AP26 pour délivrer l’information au calculateur. L’analyse des trames et l’identification des paramètres de communication constituent les bases d’un TP « réseau ». FT4: Définir l’ordre de commande Calculateur AC10 Console de communication AP16 et RobNet FT5: Afficher les paramètres de navigation

Fonction FP2: gestion de l’énergie (FAST) FT6: Se connecter à la source d’énergie Connecteur Calculateur AC10 FT7: Distribuer l’énergie électrique FT81: Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique Moteur cc FP2: Manœuvrer le safran FT8: Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique FT82: Convertir l’énergie mécanique en énergie hydraulique Pompe V2H40 FT83: Distribuer l’énergie hydraulique Dans la fonction FP2, la conversion d’énergie s’effectue en plusieurs étapes et fait apparaître les différents constituants du pilote hydraulique dont la pompe à pistons axiaux V2H40. By-pass FT84: Convertir l’énergie hydraulique en énergie mécanique Vérin Bras de mèche FT9: Entraîner le safran en rotation

FT82: Conversion d’énergie mécanique->hydraulique FT8211: Guider le barillet / corps FT8212: Guider chaque piston / barillet FT8213: Assurer le contact tête de piston / plan incliné FT821: Générer un déplacement piston/cylindre FT8214: Entraîner le barillet en rotation FT82: Convertir l’énergie mécanique en énergie hydraulique La fonction technique FT 82 peut à nouveau être explorée, jusqu’à un niveau suffisant pour faire apparaître les sous fonctions à réaliser sur le produit dont certaines sont étudiées plus en détail en TP. FT8221: Collecter l’admission FT822: Aiguiller le fluide FT8222: Collecter le refoulement FT8223: Assurer l’anti-retour FT823: Protéger des surpressions