Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège « Contribution à la vulgarisation du SysML » Abdelkrim EL Marrakchi Inspecteur des Sciences et Techniques Electriques Chargé de mission pédagogique Technologie-Collège Académie Régional de l’Education et de la Formation Marrakech-Safi Le troisième séminaire sur la didactique de l’enseignement de la Technologie Centre de formation continue Zerktouni – Agadir -

Définition d’un système Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Définition d’un système Un système est un ensemble de composants inter-reliés qui interagissent les uns avec les autres d’une manière organisée pour accomplir une finalité commune. (NASA 1995) Un système est un ensemble intégré d’éléments qui accomplissent un objectif défini (INCOSE 2004). Conseil International de l’Ingénierie Systèmes D’une manière générale : Un système =  Composants +  Interactions Remarques : Un système techniques complexe est un système dont le fonctionnement fait appel à plusieurs disciplines de la physique (Mécanique, Electronique, Thermique…). Dans un système complexe, les relations liant les composants sont multiples, interdépendantes et bouclées. Ainsi, le comportement global n’est pas directement prévisible à partir des comportements élémentaires des composants. D’où, l’intérêt d’une ingénierie système.

Définition de l’ingénierie système Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Définition de l’ingénierie système Le programme de technologie repose principalement sur l’étude des systèmes techniques didactisés reflétant une réalité industriel. Ainsi, leurs étude doit être abordés selon une approche systémique. Selon cette approche, un système est défini comme un ensemble de composants en interaction ; le comportement du système ne résulte pas seulement des comportements individuels de ses composants, mais aussi et surtout de la façon dont ils interagissent entre eux. La systémique est une approche complètement transversale, qui possède de nombreux domaines d'utilisation. Son application à la conception et à l'analyse des produits industriels s'appelle l'ingénierie des systèmes. Dans ce cadre, la notion de système s'étend sur plusieurs niveaux : un composant peut très bien être vu comme un système et décomposé à son tour, et on le qualifiera alors de sous-système.

Définition de l’ingénierie système Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Définition de l’ingénierie système L’Ingénierie Système (IS) est une démarche méthodologique générale qui permet de concevoir, faire évoluer et vérifier un système. L’ensemble de ces activités permet d’apporter une solution économique et performante aux besoins d’un client et à la vie d’une entreprise. Besoin implicite, explicite ou latent Produit ou Système Savoir-faire de l’entreprise (des méthodes, des outils …) Contraintes : économiques, environnementales, techniques … Processus d’Ingénierie Système

terme de fonctions traduites sous forme d’un cahier des charges. Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège L’Ingénierie Système fait appel à trois visions d’un produit ou système : Fonctionnelle : permet de décrire clairement le besoin et la réponse en terme de fonctions traduites sous forme d’un cahier des charges. Structurelle : permet de décrire la structure du système. Comportementale : permet de décrire le comportement du système. Ces trois visions utilisent de nombreux outils de représentation : dessin 2 et 3D, schéma de principe, représentation symbolique, organigramme…. Ce sont des outils de la communication technique.. Processus d’Ingénierie Système Idée conception validation réalisation utilisation recyclage Ingénierie Système

A.dVe(t)/dt + B.Ve(t) = Vs(t) A = RC et B = -(1 + R1/R2) Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège A.dVe(t)/dt + B.Ve(t) = Vs(t) A = RC et B = -(1 + R1/R2)

A.dVe(t)/dt + B.Ve(t) = Vs(t) A = R1C B = -(1 + R4/R4) R4 = R5 Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège A.dVe(t)/dt + B.Ve(t) = Vs(t) A = R1C B = -(1 + R4/R4) R4 = R5

A.dVe(t)/dt + B.Ve(t) = Vs(t) A = R1C B = -(1 + R4/R4) R4 = R5 Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège A.dVe(t)/dt + B.Ve(t) = Vs(t) A = R1C B = -(1 + R4/R4) R4 = R5

A.dVe(t)/dt + B.Ve(t) = Vs(t) A = RC et B = -(1 + R1/R2) Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège A.dVe(t)/dt + B.Ve(t) = Vs(t) A = RC et B = -(1 + R1/R2) Nettoyer le linge Machine à laver Linge sale Linge propre Energie M / A Programme Eau Lessive Eau sale Bruit

SysML 09/2007 : SysML v1.0 12/2008 : SysML v1.1 06/2010 : SysML v1.2 Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège  SysML  09/2007 : SysML v1.0 12/2008 : SysML v1.1 06/2010 : SysML v1.2 06/2012 : SysML v1.3 (version actuelle)

Les neuf diagrammes du « SysML » Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Les neuf diagrammes du « SysML » Le point de vue comportemental permet de répondre à la question « Quelles sont ses performances ? ». Les diagrammes à expérimenter au collège avant de se prononcer sur la possibilité de leur exploitation en technologie. Diagramme de séquence Diagramme de définition de blocs Diagramme de bloc interne Diagramme de package Diagramme paramétrique Diagramme d’états Diagramme d’activité Diagramme de cas d’utilisation Diagrammes SysML Diagramme comportemental Diagramme des exigences Diagramme Structurel Le point de vue structurel consiste à décrire les composants du système, son environnement ainsi que les relations entre ces composants pour répondre aux questions « De quoi est-il composé? » et « comment est-il organisé ? » Le point de vue fonctionnel consiste à décrire les actions effectuées par le système pour répondre à la question « A quoi sert-il ? »

Les acronymes employés en « SysML » Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Les acronymes employés en « SysML » Req ou RD : « Requirement Diagram » Diagramme d’exigences UC ou UCD : « Use Case Diagram » Diagramme de cas d’utilisation SD : « Sequence Diagram » Diagramme de séquence SMD : « State Machine Diagram » Diagramme d’états/transitions AD : « Activity Diagram » Diagramme d’Activités BDD : Block Definition Diagram » Diagramme de définition de blocs IBD : « Internal Block Diagram » Diagramme de blocs internes

Diagramme des exigences Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Diagramme des exigences Extrait du cours intitulé : Modélisation fonctionnelle d’un systèmes. Lycée P. Mondès France Epinal Rôle : Il décrit les exigences du cahier des charges fonctionnel. Une exigence exprime une capacité ou une contrainte à satisfaire par un système. Elle peut exprimer une fonction que devra réaliser le système ou une condition de performance technique, physique, de sécurité, de fiabilité, d’ergonomie, d’esthétique … Les exigences servent à établir un contrat entre le client et les réalisateurs du futur système. Représentation graphique du diagramme des exigences (REQ) On indique l’exigence du système dans le premier rectangle, avec un texte descriptif et un identifiant unique ; On décompose cette exigence en exigences unitaires, On peut ajouter des données quantitatives et des précisions.

La décomposition de l’exigence du système en exigences unitaires Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Le store automatisé Id : Identifiant exigence du système Text : texte « requirement » Le store automatisé Id = "1" Text = "Protéger la terrasse des rayons du soleil" Relation d’inclusion « requirement » Le soleil « requirement » Le vent « requirement » Mode de fonctionnement Id = "1.1" Text = "On doit dérouler la toile du store selon l’espace ensoleillé de la terrasse" Id = "1.2" Text = "On doit enrouler la toile du store si la vitesse du vent dépasse le seuil réglé" Id = "1.3" Text = "On doit pouvoir commander le store de manière manuelle ou automatique" Lien d’affinement : ajout de données quantitatives ou de précisions. La décomposition de l’exigence du système en exigences unitaires « requirement » Id = "2" Text = "La toile doit être enroulée « lorsque la vitesse du vent atteint Vseuil = ….."

Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège L’exigence « Protéger la terrasse des rayons solaires » contient l’exigence unitaire « on doit dérouler la toile du store selon l’espace ensoleillé de la terrasse » Lien de contenance « requirement » Le store automatisé Id = "1" Text = "Protéger la terrasse des rayons du soleil" Relation d’inclusion « requirement » Le soleil « requirement » Le vent « requirement » Mode de fonctionnement Id = "1.1" Text = "On doit dérouler la toile du store selon l’espace ensoleillé de la terrasse" Id = "1.2" Text = "On doit enrouler la toile du store si la vitesse du vent dépasse le seuil réglé" Id = "1.3" Text = "On doit pouvoir commander le store de manière manuelle ou automatique" « requirement » Lien de déviation Id = "2" Text = " La toile doit être enroulée « lorsque la vitesse du vent atteint Vseuil = ….. "

AF externe : le schéma du besoin Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège AF externe : le schéma du besoin Diagramme de mission principale (Req ou RD) Le store automatisé Besoin initial : Offrir aux utilisateurs concernés un dispositif permettant de protéger une terrasse des rayons solaires. « requirement » Le store automatisé Id = "1" Text = "Protéger la terrasse des rayons du soleil" Id = "1.2" Text = "On doit enrouler la toile du store si la vitesse du vent dépasse le seuil réglé" Id = "1.1" Text = "On doit dérouler la toile du store selon l’espace ensoleillé de la terrasse" Id = "1.3" Text = "On doit pouvoir commander le store de manière manuelle ou automatique" Mode de fonctionnement Le soleil Le vent Id = "2" Text = " La toile doit être enroulée « lorsque la vitesse du vent atteint Vseuil = ….. " Relation d’inclusion A qui rend t-il service ? Sur quoi agit-il ? Dans quel but ? Utilisateur Terrasse, rayon du Soleil Le Store Le store permet à l’utilisateur de protéger sa terrasse des rayons de soleil

Diagramme des cas d’utilisation Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Diagramme des cas d’utilisation Extrait du cours intitulé : Modélisation fonctionnelle d’un systèmes. Lycée P. Mondès France Epinal Rôle du diagramme des cas d’utilisation Il visualise les interactions fonctionnelles des acteurs et du système étudié. Aussi, délimite-il précisément le système, décrit se qu’il fera sans s’intéressé au comment ni à l’intervention de l’opérateur. Il exprime donc les services offert par le système aux utilisateurs. Représentation graphique du diagramme des cas d’utilisation (UC) On trace un cadre délimitant le système et contenant un ensemble de séquences d’actions (elles peuvent être liées entre elles) ; A gauche, on place les acteurs principaux et à droite les acteurs secondaires (un acteur secondaire est représenté par un rectangle) ; On décrit les actions réalisables par le système (les services rendus par le système aux acteurs, sous forme de verbe à l’infinitif plus compléments) ; Les acteurs peuvent être liés entre eux soit par une flèche bidirectionnelle (chaque acteur agit sur l’autre) soit par une flèche unidirectionnelle (un acteur agit sur l’autre).

Les séquences d’actions Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Le store automatisé Frontière du système Acteur secondaire Lien d’inclusion UC : Le store automatisé Protéger la terrasse des rayons du soleil Le soleil Acteur principal include Choisir le mode : Manuel/Automatique La terrasse L’utilisateur S’alimenter d’une source d’énergie Energie Protéger la toile su store contre le vent fort Les séquences d’actions Le vent

Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Le store automatisé D’autres cas d’utilisation peuvent être représentés par un diagramme de cas d’utilisation. Ceci, est du à l’existence d’autres acteurs matériel ou immatériels. Dans ce cas, on peut envisager le technicien qui assure l’installation et la maintenance en cas de disfonctionnement. Aussi, peut-on envisager la protection de la terrasse de la pluie. UC : Le store automatisé La pluie L’utilisateur Installer le store Protéger la terrasse de la pluie Le technicien Assurer la maintenance Régler la vitesse du vent Régler le seuil du rayonnement du soleil Ce diagramme ne doit indiquer ni la manière dont il va assurer le service ni les solutions technologiques envisagées. Plusieurs diagrammes de cas d’utilisation peuvent être établis pour un système afin d’en améliorer la compréhension.

AF externe : le schéma du besoin Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège AF externe : le schéma du besoin Diagramme de cas d’utilisation (UC ou UCD) UC : Le store automatisé Le soleil Le vent La terrasse L’utilisateur Protéger la terrasse des rayons du soleil Protéger la toile su store contre le vent fort Energie S’alimenter d’une source d’énergie Choisir le mode : Manuel/Automatique A qui rend t-il service ? Sur quoi agit-il ? Dans quel but ? Utilisateur Terrasse, rayon du Soleil Le Store Le store permet à l’utilisateur de protéger sa terrasse des rayons de soleil

Le diagramme de définition de blocs Notation SysML : BDD Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Le diagramme de définition de blocs Notation SysML : BDD Extrait du cours intitulé : Modélisation fonctionnel d’un systèmes. Lycée P. Mondès France Epinal Rôle du diagramme : On peut définir deux diagrammes BDD : BDD contexte : il définit le système dans son environnement (les éléments qui interagissent avec le système) ; BDD système : Il définit l’architecture matérielle et logicielle globale du système sous une représentation arborescente de blocs. Chacun d’eux se limite à la définition d’une famille (classe) de composants principaux. Représentation graphique du diagramme Le bloc SysML « block » constitue l’élément de base pour la modélisation de la structure d’un système ; Ce bloc peut représenter un système ou un sous système ou un composant élémentaire.

Le diagramme de définition de blocs Notation SysML : BDD Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Le diagramme de définition de blocs Notation SysML : BDD Un BDD ne décrit ni le fonctionnement ni le comportement du système  Ce diagramme est utilisé pour montrer les blocs et sous systèmes essentiels du système   « système » Le store automatisé « bloc » Détecteur rayon du soleil « bloc » Détecteur du vent « bloc » Déteteur de pluie « bloc » transmetteur d’énergie « bloc » Circuit puissance « bloc » Distributeur d’énergie « bloc » Convertisseur d’énergie Conseil Les flèches et selon le sens indiqué sur le diagramme, indiquent les blocs et les sous systèmes qui constituent la structure du système. « sous système » Système de Traitement des informations : Pluie ; Vent ; Soleil. Il n’est pas obligatoire de faire apparaître les propriétés et les opérations dans chaque bloc ou sous systèmes. Ainsi, il présente une vue globale de la structure du système

AF externe : Etude de l’environnement Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège AF externe : Etude de l’environnement Diagramme de contexte (BDD) Energie Terrasse FP FC1 FC2 FC3 Soleil vent Frontière du système interagit La terrasse « système » Le store automatisé protège interagit Utilise exploite L’utilisateur L’énergie On précise ici la nature des interactions entre les éléments du milieu extérieur et le système, ce qui est différent d’un bilan des fonctions de service.

AF externe : Les fonctions de services Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège AF externe : Les fonctions de services Diagramme de cas d’utilisation (Raffinement) UC : Le store automatisé Le soleil Le vent La terrasse L’utilisateur Protéger la terrasse des rayons du soleil Protéger la toile su store contre le vent fort Energie S’alimenter d’une source d’énergie Choisir le mode : Manuel/Automatique Terrasse Soleil FP Frontière du système FC1 Energie FC2 FC3 vent La fonction principale (Pieuvre) est un cas d’utilisation (UC).

AF externe : Les fonctions de contraintes Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège AF externe : Les fonctions de contraintes Diagramme des exigences Energie Terrasse FP FC1 FC2 FC3 Soleil vent Frontière du système « requirement » Le store automatisé Id = "1" Text = "Protéger la terrasse des rayons du soleil" Id = "1.2" Text = "On doit enrouler la toile du store si la vitesse du vent dépasse le seuil réglé" Id = "1.1" Text = "On doit dérouler la toile du store selon l’espace ensoleillé de la terrasse" Id = "1.3" Text = "On doit pouvoir commander le store de manière manuelle ou automatique" Mode de fonctionnement Le soleil Le vent Id = "2" Text = " La toile doit être enroulée « lorsque la vitesse du vent atteint Vseuil = ….. " Relation de contenance FP FC2 FC3 Les fonctions de contraintes deviennent des exigences système. Elles dérivent toutes de l’exigence fonctionnelle principale, issue du cas d’utilisation principal

AF externe : Les fonctions de contraintes Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège AF externe : Les fonctions de contraintes Diagramme des exigences Energie Terrasse FP FC1 FC2 FC3 Soleil vent Frontière du système FP « requirement » Le store automatisé Id = "1" Text = "Protéger la terrasse des rayons du soleil" FC2 Relation d’inclusion FC3 FC1 « requirement » Le soleil « requirement » Le vent « requirement » Mode de fonctionnement « requirement » L’énergie Id = "1.1" Text = "On doit dérouler la toile du store selon l’espace ensoleillé de la terrasse" Id = "1.2" Text = "On doit enrouler la toile du store si la vitesse du vent dépasse le seuil réglé" Id = "1.3" Text = "On doit pouvoir commander le store de manière manuelle ou automatique" Id = "1.4" Text = "On doit alimenter le store avec l’énergie disponible" Lien d’affinement : ajout de données quantitatives ou de précisions. « requirement » Id = "2" Text = " La toile doit être enroulée « lorsque la vitesse du vent atteint Vseuil = ….. "

AF externe : La caractérisation des fonctions Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège AF externe : La caractérisation des fonctions Diagramme des interactions Diagramme des exigences « requirement » Le store automatisé Id = "1" Text = "Protéger la terrasse des rayons du soleil" Energie Terrasse FP FC1 FC2 FC3 Soleil vent Frontière du système FC2 « requirement » Le soleil « requirement » Le vent Id = "1.1" Text = "On doit dérouler la toile du store selon l’espace ensoleillé de la terrasse" Id = "1.2" Text = "On doit enrouler la toile du store si la vitesse du vent dépasse le seuil réglé" Temps de descente (60s 2s Lien de raffinement : ajout de données quantitatives ou de précisions. Fonction Critère d’appréciation Niveau Flexibilité FP Délais de fonctionnement : Temps de descente ; Temps de monté. 60 secondes 90 secondes  2 secondes FC1 Tension d’alimentation ; Puissance. 220 V  W   W FC2 Temps de réaction du store ; Seuil de vitesse du vent. 5 secondes  Km/h   Km/h FC3 Position de réglage Manuel  Automatique. « requirement » Id = "2" Text = " La toile doit être enroulée « lorsque la vitesse du vent atteint Vseuil = ….. "

AF externe : La caractérisation des fonctions Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège AF externe : La caractérisation des fonctions Diagramme de cas d’utilisation (UC ou UCD) UC : Le store automatisé Le soleil Le vent La terrasse L’utilisateur Protéger la terrasse des rayons du soleil Protéger la toile su store contre le vent fort Energie S’alimenter d’une source d’énergie Choisir le mode : Manuel/Automatique Protéger la terrasse du soleil = Terrasse ombragée Valeur ajoutée Diagramme SADT Protéger la terrasse du soleil Energie Vent Soleil Utilisateur Terrasse ensoleillée Terrasse ombragée Le store automatisé Signalisation Manuel/automatique

AF interne: Des fonctions aux solutions Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège AF interne: Des fonctions aux solutions Diagramme FAST Opération effectuées par le système Prendre en compte les éléments extérieurs Acquérir l’information présence soleil FP FT 1 FT11 Mettre le store en mouvement FT 2 FT21 Distribuer l’énergie FT22 Convertir l’énergie FT 23 Transmettre l’énergie Faire de l’ombre FT 12 Traiter l’information Protéger la terrasse des rayons du soleil Capteur Relais Moteur CC Circuit de traitement Sys de transmission FT 3 La toile Communiquer le Résultat du traitement FT13 Circuit de puissance FP : Le store permet à l’utilisateur de protéger sa terrasse des rayons de soleil Fonctions de service = exigences Solutions technologiques = blocs (sous-systèmes) Diagramme des exigences UC Diagramme blocs internes

AF interne: Des fonctions aux solutions Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège AF interne: Des fonctions aux solutions Diagramme de définition des blocs : BDD système « système » Le store automatisé « bloc » Détecteur des rayons soleil « bloc » Détecteur du vent « bloc » Détecteur de la pluie « bloc » Transmetteur d’énergie « bloc » Circuit puissance « bloc » Distributeurd’énergie « bloc » Convertisseur d’énergie Les flèches et selon le sens indiqué sur le diagramme, indiquent les blocs et les sous systèmes qui constituent la structure du système. « sous système » Système de Traitement des informations : Pluie ; Vent ; Soleil. Blocs traduisant les solutions technologiques en terme de fonctions techniques

Des outils de l’analyse fonctionnelle au « SysML » Cas de l’enseignement de la technologie au collège Conclusion : Se prononcer sur la faisabilité de l’utilisation du diagramme des cas d’utilisation, celui des exigences et de définition des blocs, nécessite un encadrement des enseignants de technologie et des expérimentations en classe( cours expérimental) selon deux phases : Une première phase ou le niveau d’acquisition choisi est le niveau 2 ; Les diagrammes sont élaborés par l’enseignant et exploités par les élèves ; Une deuxième phase ou le niveau d’acquisition choisi est le niveau 3 ; Les élèves sont encadrés en groupes pour élaborés ces diagrammes selon des consignes pré-établies par l’enseignant. Ces expériences doivent être filmées, commentées et discutées en réunions pédagogiques avant de se prononcer sur leur mise en application dans un processus d’ingénierie système au collège (Etude de système technique). Il est possible d’expérimenter d’autres diagrammes SysML pour voir s’il est possible d’aller au-delàs de ces trois diagrammes. Merci

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