ANALYSE FONCTIONNELLE TECHNIQUE L’objet de ce chapitre est le développement de la méthode d’analyse fonctionnelle technique dont l’objectif terminal est la caractérisation des fonctions techniques réalisées au sein d’un système.

L'Analyse Fonctionnelle Technique est une méthode qui contribue à la L'objectif L'Analyse Fonctionnelle Technique est une méthode qui contribue à la caractérisation des fonctions techniques qui modélisent les interactions entre les composants d’un système L’analyse fonctionnelle technique est une méthode d’analyse de l’existant. Elle contribue à caractériser les interactions des composants au sein des produits industriels. Elle n’est donc pas directement une méthode de conception. Cependant, au sein du processus de conception, elle permet de qualifier une solution, de contribuer à sa validation ou son invalidation. Elle permet ainsi de faire progresser les produits industriels.

La fonction de conception Le plan Système 1 Le système Relation 2 La relation Fonction 3 La fonction Composant 4 Le composant La fonction de conception Fonction de conception 5 Le Cahier des Charges des Conditions de Fonctionnement CdC des CF 6

Le système est le modèle de la solution La définition Système 1 Une solution est la matérialisation physique du produit, réalisée par l’entreprise, pour la satisfaction d’un besoin Un produit est imaginé et réalisé par l'homme pour satisfaire un besoin. Il peut être un objet, un service, un processus (exemple : une loi, un tableau, une voiture…). Le produit « industriel » a la spécificité d’être réalisé par l’industrie, c’est-à-dire par un groupe d’hommes soumis aux contraintes techniques, sociales et économiques. La solution est la matérialisation physique du produit industriel. Elle doit, par l’usage qu’en fait le client, satisfaire son besoin. La solution est réalisée par l’entreprise. La méthode permet d’analyser une solution qui n’est pas encore physique mais virtuelle sous la forme d’une maquette numérique. Le modèle d’étude de l’analyse fonctionnelle technique est appelé système. L’objet est d’analyser une solution existante Pour ensuite imaginer la satisfaction du besoin du client Le système est le modèle de la solution

Le mot technique choisi désigne la solution Le schéma de l’étude Système 1 La solution est schématisé par un rectangle vélo Le schéma retenu est un rectangle au milieu duquel on inscrit le nom de la solution isolée. Le mot est choisi parmi les mots techniques. Il permet aux différents acteurs d’identifier le sujet de l’étude. Le schéma est très réducteur, il ne contient pas toutes les informations. La sémantique est pauvre. Le mot technique choisi désigne la solution

vélo roue arrière Les limites de l’étude Système 1 La limite est la frontière entre la solution analysée et l’extérieur Le rectangle matérialise les limites de l’étude L’analyse est souvent limitée à une partie du système vélo roue arrière La première étape est la définition de la limite de la solution étudiée. Elle est choisie en fonction de l’objectif de l’analyse. La limite est la frontière entre la solution et l’extérieur (cf. l’analyse fonctionnelle du besoin et la définition des EME). Le choix de cette frontière doit être pertinent car il influe directement sur le résultat de l’analyse. Il est fait en fonction de l’objectif de l’étude. Le périmètre de l’étude est choisi en fonction de l’objectif

Une solution Le composant Une solution est constituée de composants Système 1 Une solution est constituée de composants Composant 1 Composant 3 Composant 4 Composant 2 Une solution Une solution est constituée de composants. La deuxième étape consiste à les identifier. Un composant est un élément constitutif d’une solution. Le découpage de la solution en composants est piloté par l’objectif de l’étude, c’est à dire que le choix des frontières des composants doit être fait en fonction des objectifs de l’étude (un composant est également constitué de composants). Pour des raisons de lisibilité, on peut être conduit à limiter le nombre de composants. Les composants sont modélisés par des rectangles Un composant est un élément constitutif d’une solution

Une phrase est constituée de mots Une illustration Système 1 poules Les du couvent Les poules du couvent couvent De même qu’un produit industriel est constitué de composants, une phrase est constituée de mots. Une phrase est constituée de mots

L’exemple Selle Guidon Fourche Cadre Roue Ar Roue Av Pédalier Chaîne 1 Système 1 Selle Guidon Fourche Cadre Roue Ar Roue Av Chaque composant est schématisé par un rectangle au milieu duquel on écrit le mot qui le définit. Chaîne Pédalier

Composant 1 Le choix du regroupement Système 1 Un composant est constitué de composants Composant 1 Composant 11 Composant 13 Composant 14 Composant 12 Un composant est un ensemble de composants, le choix du regroupement se fait en fonction de l'objectif de l'analyse. Un composant peut être constitué d’une pièce ou de plusieurs pièces. Un composant élémentaire est « généralement » une pièce Un composant est une pièce ou un ensemble de pièces

Le code de représentation permet le « multi-niveau» La représentation Système 1 Composant 3 Composant 4 Composant 2 Composant 1 Composant 11 Composant 13 Composant 14 Composant 12 Si l’objectif nécessite d’analyser plus finement un composant de la solution, dans le schéma, on remplace le rectangle du composant par les rectangles qui représentent chacun des composants qui le constituent. La position, sur la figure, des rectangles ne porte aucune sémantique. Elle est seulement guidée par la nécessité d’assurer la lisibilité. Il n’y a pas de notion de niveau. Les composants sont représentés sur le même graphe. Sur un même graphe sont modélisés des groupes de pièces et des pièces Le code de représentation permet le « multi-niveau»

Un mot est constitué de lettres Une illustration Système 1 p o u l e s Les du couvent poules En reprenant la phrase précédente décomposée en ses différents mots, on peut ainsi analyser plus finement le mot « poules » et le décomposer en composants plus élémentaires. Dans ce cas précis, ce sont les lettres qui constituent le mot. Un mot est constitué de lettres

Chaîne L’exemple Cheville Rouleau 2 Joue int 2 Joue int 1 Rouleau 1 1 Système 1 Rouleau 1 Joue int 1 Cheville Joue int 2 Rouleau 2 Chaîne Choisissons ici d’analyser le composant appelé « chaîne ».

Le composant peut être constitué d’une ou de plusieurs pièces L’exemple Système 1 Cadre Selle Roue Av Roue Ar Pédalier Fourche Guidon Rouleau 1 Joue int 1 Cheville Joue int 2 Rouleau 2 Le composant analysé reste au sein de la solution. Dans ce modèle, donc dans ce schéma, il n’y a pas de notion de niveaux ou de nombre de pièces. Le risque majeur est de dégrader la lisibilité du schéma. Chaîne Le composant peut être constitué d’une ou de plusieurs pièces

Une solution Les composants sont en relation La relation Composant 1 2 R 1 Une solution Les composants sont en relation Une relation interne est un lien réel ou virtuel entre composants au sein d’une solution Une relation est un lien réel ou virtuel entre composants. Il s’agit d’identifier les composants qui sont en relation. L’expression des relations est capitalisée dans un tableau. Les relations expriment l’intimité des solutions. Elles sont l’expression de la connaissance technologique et technique de la solution, le savoir et le savoir faire des hommes de métier. La relation est schématisée par un segment de droite La solution est constituée de composants en relation

Le tableau des relations Une solution Composant 1 Composant 3 Composant 4 Composant 2 R 1 Relation 2 Une relation interne est un lien réel ou virtuel entre deux composants au sein d’une solution Une relation est un lien réel ou virtuel entre composants. Il s’agit d’identifier les composants qui sont en relation. L’expression des relations est capitalisée dans un tableau. Les relations expriment l’intimité des solutions. Elles sont l’expression de la connaissance technologique et technique de la solution, le savoir et le savoir faire des hommes de métier. EXPRESSION 1 4 R1

L’expression de la relation Composant 1 Composant 3 Composant 4 Composant 2 Entre le composant 3 et le composant 4 R Relation 2 Il faut mettre de l’huile pour lubrifier Cela doit être étanche Il guide le composant L’expression des relations est la phase la plus importante de la méthode. Il faut que le spécialiste exprime son savoir faire. Cette activité doit donc être réalisée en groupe et dans un contexte qui ne bride personne. Il est nécessaire de laisser les spécialistes s’exprimer avec leurs motts et leurs expressions. Pour lancer l’expression des relations, l’animateur pose la question suivante : « pourquoi est-ce que cela marche entre le composant i et le composant j ? » Pour relancer l’expression des relations, l’animateur pose la question suivante : « pourquoi est-ce que cela ne marche pas entre le composant i et le composant j ? » , « qu’est-ce qui ferait que cela ne marche pas entre le composant i et le composant j ? ». EXPRESSION Il guide le composant 1 Il faut mettre de l’huile pour lubrifier 2 3 4 R Cela doit être étanche 3

Ce modèle est appelé système Le graphe du produit Une solution est constituée de composants mis en relation dans un but précis Composant 1 Composant 3 Composant 4 Composant 2 R1 R2 R3 R4 Fonction 3 Une solution est constituée de composants mis en relation dans un but précis. Le bloc diagramme est le schéma de l’organisation structurelle des composants. Le bloc diagramme est un modèle de la solution. Ce modèle est appelé système Le bloc diagramme est le schéma de l’organisation structurelle

Les poules du couvent s nt Une illustration R1 R1 2 Relation Ainsi, par exemple, les mots « les » et « poules » sont en relation puisque le mot « poules » s’accorde en nombre avec l’article « les », et que l’article dépend du genre du nom « poules ». De même, le mot « couvent » est en relation avec le mot « poules » puisque sa conjugaison en dépend. Par contre, les mots « du » et « couvent » n’ont qu’un lien virtuel avec les autres mots puisque l’on pourrait très bien remplacer « du couvent » par « de JMV » sans modifier les autres mots. EXPRESSION C’est entre un article et un mot R1 Il faut accorder

poules o u souple p s loupes l e suopel L’organisation Relation 2 o u souple p s loupes l e suopel On peut, par exemple, écrire plusieurs mots à l’aide des mêmes lettres : les lettres sont les mêmes, mais la manière dont on les met en relation diffère. On obtient alors des anagrammes. Le mot obtenu dépend de l’organisation structurelle des lettres. Les mêmes composants permettent la réalisation de plusieurs solutions La solution est le fruit de l’organisation structurelle des lettres

L’exemple Guidon Selle Pédalier Fourche Cadre Chaîne Roue Av Roue Ar 2 Relation 2 Guidon Selle Pédalier R3 R5 R1 R4 Fourche Cadre Chaîne R7 R8 R6 R2 Par exemple, sur l’exemple ci-dessus, la relation R3 relie la fourche et le guidon. Roue Av Roue Ar

L’exemple Relation 2

L’exemple Guidon Selle Pédalier Fourche Cadre Chaîne Roue Av Roue Ar 2 Relation 2 Cadre Selle Roue Av Roue Ar Pédalier Chaîne Fourche Guidon R4 R5 R6 R2 R8 R1 R3 R11 R13 R7 Si l’on conserve les mêmes composants mais que les relations entre eux changent (R1 et R3 sont remplacées par R11 et R13), la solution obtenue est différente.

L’exemple Relation 2

L’exemple Pédalier Guidon Selle Fourche Cadre Chaîne Roue Av Roue Ar Relation 2 Cadre Selle Roue Av Roue Ar Pédalier Chaîne Fourche Guidon R4 R5 R6 R11 R13 R2 R8

Le Théorème de BELLMANN Relation 2 Les mêmes composants permettent la réalisation de plusieurs solutions Les composants les plus performants ne font pas obligatoirement la solution la plus performante La prestation réalisée est le fruit de l’organisation des composants, elle est générée par les interactions entre les composants. Les deux meilleurs joueurs de tennis ne font pas la meilleure équipe de double !!! ou Les meilleurs joueurs de foot ne font pas la meilleure équipe de foot (cf. Séoul 02). La prestation est le fruit de l’organisation des composants

La structuration de la relation composant « verbe » composant Il guide le composant Relation 2 composant « verbe » composant le composant 3 guide en rotation le composant 4 le composant 3 guide le composant 4 Les relations, exprimées avec les mots du spécialiste, sont reprises par tout le groupe qui les retravaille. L’objet est que chacun se les approprie et que le groupe retienne une formulation structurée admise par tous. EXPRESSION Le composant 3 guide en rotation le composant 4 1 Le composant 3 est lubrifié par de l’huile avec le composant 4 2 3 4 R Le composant 3 est étanche avec le composant 4 3

La définition de la fonction L’interaction est modélisée Si la relation, réelle ou virtuelle, entre deux composants est une action, les composants sont en interaction. Fonction 3 Composant 1 Composant 2 L’interaction est modélisée par une fonction FT 1 R Cette fonction est appelée fonction technique. Selon le point de vue de cette analyse fonctionnelle, un composant existe car il satisfait un besoin. S’il n’y a pas de besoin, le composant n’a pas de raison d’exister. Le composant satisfait un besoin car il agit sur son environnement, donc le composant existe car il interagit avec son environnement. L’analyse fonctionnelle s’intéresse à cette action. Elle en propose un modèle de fonction. Cette fonction interne à la solution est appelée fonction technique. Le composant est représenté par un rectangle, la fonction, par un segment de droite qui relie deux composants. La fonction technique est représentée par un segment de droite qui lie les deux rectangles L’interaction entre composants est modélisée par une fonction technique

L’expression de la fonction technique est normalisée La fonction technique s’exprime par : FT = « verbe d’action à l’infinitif » suivi d’un « complément » Fonction 3 cadre FT 1 FT1 = Assurer un guidage en rotation La fonction s’exprime par un verbe qui définit l’action et un complément qui précise la matière d’œuvre ou la grandeur physique concernée. L’expression de la fonction technique est l’expression d’une action entre deux composants. Cette action, par définition, génère une modification de l’état de l’un des composants. Elle est donc orientée : le cadre assure le guidage en rotation du pédalier. Dans ce cas, le cadre agit sur la position du pédalier. Il est également possible d’exprimer le fonction technique par : « être guidé en rotation ». En pratique, cette double expression ne génère pas de difficulté. La connaissance technique en général et du produit en particulier lève toutes les ambiguïtés. pédalier L’expression de la fonction technique est normalisée

Caractériser les Fonctions Techniques = Qualifier + Quantifier La caractérisation Caractériser les Fonctions Techniques = Qualifier + Quantifier Pour chaque fonction technique : - qualifier par des mots les critères de performances de l'action décrite par le verbe ou le groupe verbal : Fonction 3 - où ? - comment ? - quand ? - combien ? - quantifier, pour chaque critère, le niveau de performance attendu et les limites d’acceptabilité. Il faut « parler avec des chiffres ». Les fonctions techniques doivent être caractérisées. Il s’agit d’identifier la grandeur physique sur laquelle agit le composant et de la préciser par des mots. Cette grandeur est qualifiée dans cette méthode par le(s) critère(s) qui la caractérise(nt). Il faut ensuite préciser le niveau réalisé pour cette grandeur et les limites pour lesquelles on considère que la fonction est satisfaite. Il faut enfin valider ces informations et en vérifier la stabilité dans le temps. - contrôler la validité et la stabilité de ces critères et de ces valeurs.

La capitalisation du modèle peut être présentée en tableau Le tableau n° Expression Critère Niveau Limite Fonction 3 La caractérisation des fonctions techniques peut être présentée sous forme de tableau. Il faut préciser le critère, c’est-à-dire la grandeur physique concernée, le niveau qui doit être atteint pour considérer que la fonction est satisfaite et les limites d’acceptabilité de ce niveau. Une fonction a nécessairement un critère pour exister. Elle en a généralement plusieurs. La capitalisation du modèle peut être présentée en tableau

La validation Objectif : S’assurer de l’existence, de la stabilité et de la pérennité de la fonction. Fonction 3 Méthode : pour chaque fonction, répondre aux trois questions : Pourquoi la fonction existe-t-elle ? Qu’est-ce qui pourrait faire disparaître la fonction ? Qu’est-ce qui peut faire évoluer la fonction ? Chaque fonction doit être validée. Après avoir identifié et exprimé l’action par une fonction, il est nécessaire de la valider. Cette validation relève de la validation des fonctions en analyse fonctionnelle. Il est proposé de valider l’existence, la stabilité et la pérennité de la fonction. Pour cela, il faut répondre aux trois questions relatives à l’existence, la stabilité et la pérennité de la fonction.

Le graphe du produit Les interactions sont modélisées par des fonctions techniques Composant 1 Composant 3 Composant 4 Composant 2 FT1 FT2 FT3 FT4 Fonction 3 Une solution est constituée de composants mis en interaction dans un but précis. Le bloc diagramme est le schéma de l’organisation structurelle des composants. Il permet d’identifier les fonctions techniques et de visualiser l’organisation interne de la solution. Le bloc diagramme est un modèle de la solution. Une solution est constituée de composants mis en interaction dans un but précis Le bloc diagramme précise l’organisation des interactions

Exemple Guidon Selle Pédalier Fourche Cadre Chaîne Roue Av Roue Ar FT3 Fonction 3 Fourche Cadre Chaîne FT7 FT8 FT2 FT6 Roue Av Roue Ar Pour ce bloc diagramme, les objectifs de l’analyse ne nécessitent pas de décomposer plus la solution.

L’exemple 3 Fonction FT Expression Critère Valeur limite 1 Réaliser un assemblage réglable Effort axial < 1200 N Couple maxi 70 N.m +/- 5 Temps de réglage < 30 s Jeu aucun 2 Réaliser un guidage en rotation Vitesse de rotation < 370 tr/min Effort radial 300 N +/- 10 Aucun Couple résistant < 0,1 N.m 4 5 Assurer l’entraînement 20 N.m Glissement 6 60 N.m Fonction 3

L’exemple Guidon Selle Pédalier Fourche Cadre Chaîne Roue Ar Pignon FT3 FT5 FT1 FT4 Fonction 3 Fourche Cadre Chaîne FT7 FT9 FT11 FT10 FT13 FT12 FT15 FT14 FT19 FT20 FT18 FT17 FT16 FT22 FT21 Roue Ar FT6 FT2 FT8 Pignon Roue libre ailettes Roue Av Axe Moyeu Par contre, pour celui-ci, les objectifs de l’analyse nécessitent de découvrir l’intimité de la roue arrière. Il apparaît que la lisibilité du graphe se réduit avec l’augmentation du nombre de composants. Pour réaliser une analyse descendante de la solution, il est nécessaire de faire plusieurs blocs diagrammes. écrous Roulements Rayons Jante Pneu Ar

La validation des composants FT1 FT2 FT3 FT4 Comp 5 FT5 FT6 FT7 Comp 2 FT2 FT3 FT5 FT6 Composant 4 n° Composant Critère Niveau Limite Les critères du composant sont les critères de toutes les fonctions techniques dont il est le sommet. Dans cette méthode, le composant ne doit pas être un maillon faible. Pour chaque critère, il doit présenter un niveau réalisé de performances au moins égal aux performances attendues des fonctions techniques dont il est le sommet. Le composant a le niveau de performance des FT dont il est le sommet

Fonction de Conception L’identification Les fonctions de conception sont des relations entre les fonctions techniques. Elles sont des boucles internes. Composant 1 Composant 3 Composant 4 Composant 2 FT1 FT2 FT3 FT4 Fonction de Conception Fonction de conception 5 Les boucles internes sont appelées fonctions de conception. Elles lient des fonctions techniques et des composants. Elles assurent des fonctions internes à la solution. La fonction de conception est ici constituée des fonctions techniques FT1, FT2, FT3 car celles-ci forment une boucle fermée avec les composants concernés. Elle est définie par des caractéristiques spécifiques qui sont les caractéristiques communes des fonctions techniques qui la composent. La fonction de conception est une contrainte interne à la solution (on dit qu’elle est transparente pour le client). Elle est le reflet de la compétence de l’entreprise à réaliser une solution car elle n’apporte pas de plus value au client mais elle est indispensable au fonctionnement. FC = { FT1, comp.1, FT2, comp.2, FT3, comp.3 } La fonction de conception est interne à la solution

On retient généralement le niveau du maillon le plus faible La caractérisation n° Expression Critère Niveau Limite FT1 C1 N11 C2 N12 C3 N13 FT2 N22 C4 N24 N23 FT3 C5 N35 N33 C6 N36 N32 … FC1 = {FT1,FT2,FT3} n° Expression Critère Niveau Limite FC1 … C2 N12 C3 N33 La fonction de conception est caractérisée par les caractéristiques communes des fonctions techniques qui la composent Les critères des fonctions de conception sont les critères communs des fonctions techniques qui la composent Fonction de conception 5 La fonction de conception est une fonction; elle doit donc être caractérisée. La caractérisation des fonctions de conception est déduite de la caractérisation des fonctions techniques qui la composent. Les critères de la fonction de conception sont les critères communs aux fonctions techniques qui la composent. Généralement il est retenu le concept du maillon faible : Le niveau réalisé pour chacun de ces critères est égal à la valeur minimale des niveaux réalisés des fonctions techniques selon ce même critère. Les niveaux des critères des fonctions de conception sont déduits des niveaux des critères communs des fonctions techniques qui la composent On retient généralement le niveau du maillon le plus faible

Fonction de Conception L’exemple Cadre Selle Roue Av Roue Ar Pédalier Chaîne Fourche Guidon FT4 FT5 FT6 FT1 FT3 FT7 FT2 FT8 Fonction de Conception Fonction de conception 5 Dans l’exemple du VTT de cross-country, les fonctions techniques FT5, FT6, FT2 et FT4 forment une fonction de conception relative ici à la transmission de la puissance du cycliste à la roue arrière. Les critères de la fonction de conception transitent également par les composants. FC1 = { FT5, chaîne, FT6, roue Ar, FT2, cadre, FT4, pédalier }

L’exemple FC Qualification Critère Valeur limite 1 FT2,FT4,FT5,FT6 Effort axial < 1200 N Couple maxi 70 N.m +/- 5 Temps de réglage < 30 s Jeu aucun 2 Vitesse de rotation < 370 tr/min Effort radial 300 N +/- 10 Aucun Couple résistant < 0,1 N.m … Fonction de conception 5 Cette fonction de conception est caractérisée à partir des caractéristiques des fonctions techniques qui la composent. Il faut remplir le tableau pour toutes les fonctions de conception.

Le CdC des Conditions de Fonctionnement Comp 1 Comp 3 Comp 4 Comp 2 FT1 FT2 FT3 FT4 Les Conditions de Fonctionnement sont les caractéristiques des Fonctions Techniques Le graphe des fonctions techniques n° Expression Critère Niveau Limite Le Cahier des Charges des Conditions de Fonctionnement (CdCCF) précise les conditions de fonctionnement de la solution selon le point de vue de l’analyse fonctionnelle technique. Ces conditions de fonctionnement sont les valeurs des critères des fonctions techniques. Ainsi, concrètement, il est constitué des blocs diagrammes, du tableau des fonctions techniques caractérisées et du tableau des fonctions de conception. Le cahier des charges des conditions de fonctionnement est composé : du Bloc Diagramme, appelé également Graphe des Fonctions Techniques, du tableau de caractérisation des Fonctions Techniques, appelé Tableau des caractéristiques, du tableau de caractérisation des Fonctions de conception, du tableau des composants, du modèle nominal de la solution. Limite Niveau Critère Expression n° Fonctions de Conception n° Composant Critère Niveau Limite CdC des CF 6

La méthode Définir les limites de l'étude et les composants Exprimer les relations Identifier les fonctions techniques Caractériser les fonctions techniques Valider les fonctions techniques Identifier les fonctions de conception Caractériser les fonctions de conception La méthode d’analyse fonctionnelle technique se décompose en sept étapes.