Le document traite des chaînes d'énergie et d'information dans l'ingénierie, abordant des concepts tels que l'analyse fonctionnelle et les outils de modélisation comme le diagramme pieuvre et le diagramme FAST. Il présente les approches externes et internes qui permettent de spécifier et de modéliser ces chaînes afin d'optimiser leur fonctionnement et de répondre aux besoins identifiés. Enfin, il propose des exemples de modélisation empirique pour illustrer les principes utilisés dans les systèmes pluritechniques.

1. Sciences de l'Ingénieur
Approche « concepteur »
Approche « concepteur »
Du pourquoi au comment
Du pourquoi au comment
Les chaînes d’énergie et d’information
Les chaînes d’énergie et d’information
Solutions associées aux fonctions
Solutions associées aux fonctions
Principes et comportement
Principes et comportement
La chaîne numérique
La chaîne numérique
L’ingénierie concourante
L’ingénierie concourante
La démarche de projet
La démarche de projet

2. Analyses fonctionnelles
- Analyse fonctionnelle externe :
• Expression du besoin
(Bête à cornes),
• Identification des fonctions de service
(Diagramme Pieuvre).
- Analyse fonctionnelle interne :
• Ordonnancement des fonctions techniques associées aux
fonctions d’usage
(Diagramme du « pourquoi » au « comment », FAST),
• Architecture d’une chaîne fonctionnelle
(Schéma-blocs de la chaîne d’énergie et de la chaîne
d’information).

3. Approches d’une chaîne fonctionnelle
- Approche externe :
• Natures et formes des flux d’énergie et d’information, relation
« sortie = f(entrée) »,
conservation de l’énergie, pertes, distorsions, compatibilité
entre constituants, contraintes d’implantation.
- Approche interne :
• Analyse des techniques et principes physiques mis en jeu,
modélisation des comportements.

4. Un système n'existe que pour
apporter une réponse à un besoin
●
L'outil « bête à corne » est utilisé pour mettre le système
en perspective du besoin auquel il apporte une réponse
À qui rend-il service ? Sur quoi agit-il ?
On ne peut rendre service Principe d ’action ou de
qu’à un être ou à un groupe
d ’êtres et non à une chose
Système fonctionnement, en faisant
abstraction de la solution retenue
Expression du besoin
Pourquoi ? Dans quel but ? ou but unique

5. Les fonctions définies doivent être
indépendantes des solutions
●
L'outil « diagramme pieuvre » place l’objet dans son
milieu extérieur d’utilisation dans différents contextes
Elément 6 Elément 2
Fonctions principales
Elément 1
Objet
Fonctions Contraintes Elément 3
Elément 5 Elément 4

6. Au delà du diagramme pieuvre
●
Les fonctions de service sont d’usage ou d’estime
 certaines de ces fonctions de service sont des fonctions d’usage
 d’autres parmi ces fonctions de service sont des fonctions d’estime
L’une des fonctions principales est nommée « fonction de base »
Fonctions principales contraintes
Fonction de base de service
d’usage
fonction
fonction
fonction
fonction La compétitivité
fonction fonction
fonction fonction se joue souvent ici
fonction fonction
d’estime fonction fonction
fonction fonction
fonction fonction

7. Pour chacune des fonctions de
service : du pourquoi au comment
●
L'outil « FAST » substitue à une logique de flux et de
structure une logique de relation de « cause à effet »
Fonction de Fonction
service technique Solution
Fonction
technique Solution
Fonction
technique Solution
Pourquoi Comment

8. Utilisation du « diagramme FAST »
●
Utilisation de « petits » FAST :
 Pour faire apparaître les fonctions sur les chaînes
 Pour analyser la relation fonction technique solution constructive
●
Les solutions participent à plusieurs fonctions
Fonction Solutions Solu- Solu- Solu- Solu-
tion2 tion3 tion4
Fonction 1 Solution 1 Foncti X X
Solution 2 on1
Fonction 2 Solution 3 Foncti X
Solution 4 on2
Fonction 3 Solution 5 Foncti X X
Solution 6 on3

10. La chaîne d’énergie dans la structure
générale d ’un système pluritechnique
But de la chaîne d’énergie : Apporter la bonne quantité d'énergie, sous
la forme adaptée, au bon endroit, au bon moment, avec le meilleur
rendement, pour obtenir l’action voulue.

11. Approche externe de la chaîne d’énergie
Spécification des solutions constructives,
Natures et formes des flux d’énergie,
Relation empirique « sortie = f(entrée) »,
Conservation de l’énergie, pertes, rendement (en
puissance ou en énergie), distorsions,
Compatibilité entre constituants,
Conditions d’implantation, de fonctionnement
et de mise en œuvre.

12. Approche externe de la chaîne d’énergie
Fonctions génériques, solutions constructives
et flux d’énergie

13. Approche externe de la chaîne d’énergie
Exemple de modélisation empirique
Energie électrique : Energie électrique :
Energie électrique : Tension continue Tension unidirectionnelle à Energie mécanique Energie mécanique
tension et courant de constante : Ue valeur moyenne réglable : Um Vitesse : N1 Vitesse : N2
charge de la batterie Courant : Ie Courant : Im Moment du couple : C1 Moment du couple : C2
Moteur à
Réducteur de
Batterie Hacheur courant
vitesse
continu
modélisation : modélisation : modélisation :
Ue = Uo - (R x Ie) modélisation :
N1 = (a x Um) - (b x C1) N2 = N1 x K-1
Q : fonction des Um = α x Ue
C1 = k x Im - Co C2 = C1 x η x K
conditions de décharge
Cette modélisation est limitée ‘au premier ordre’.

14. La chaîne d’information dans la structure générale
d ’un système pluritechnique
But de la chaîne d’information : Piloter avec le maximum
d’efficacité la chaîne d’énergie, à partir de grandeurs physiques
acquises sur celle-ci, et de consignes extérieures.
Rendre compte du fonctionnement de l’ensemble.

15. Approche externe de la chaîne d’information
Spécification des solutions constructives,
Natures et supports des flux d’information,
Relation empirique « sortie = f(entrée) », outils de
description, configurations et réglages,
Intégrité et altération de l’information, bruit, distorsion,
temps de réponse,
Compatibilité entre constituants, conditions de
connexion,
Contraintes et conditions de montage.

16. Approche externe de la chaîne d’information Fonctions
génériques, solutions constructives et flux d’information
C

17. Approche externe des deux chaînes
La chaîne d’énergie La chaîne d’information
Spécification des solutions Spécification des solutions
constructives, constructives,
Natures et formes des flux Natures et supports des flux
d’énergie, d’information,
Relation empirique « sortie = Relation empirique « sortie =
f(entrée) », f(entrée) », outils de description,
configurations et réglages,
Conservation de l’énergie, pertes, Intégrité et altération de
rendement (en puissance ou en l’information, bruit, distorsion,
énergie), distorsions, temps de réponse,
Compatibilité entre constituants, Compatibilité entre constituants,
conditions de connexion,
Conditions d’implantation, de
fonctionnement et de mise en Contraintes et conditions de
œuvre. montage.

18. Approche interne de la chaîne d’énergie
(approche nécessaire pour maîtriser le fonctionnement
des systèmes au delà du premier ordre)
Spécification des phénomènes physiques qui régissent
les fonctions et justification si possible de la loi de
comportement par l'approche scientifique du phénomène,
définition des modèles,
Approche des solutions techniques et des modèles
correspondants, des performances, du dimensionnement,
des schémas structurels,
Justification des pertes, du rendement (en puissance ou
en énergie), des distorsions.

19. Approche interne de la chaîne d’énergie
Exemple de modélisation empirique
Energie électrique :
Energie électrique : Energie électrique : Tension unidirectionnelle à Energie mécanique Energie mécanique
tension et courant de Tension continue : Ue valeur moyenne réglable : Um Vitesse : N1 Vitesse : N2
charge de la batterie Courant : Ie Courant : Im Moment du couple : C1 Moment du couple : C2
Moteur à
Réducteur de
Batterie Hacheur courant
vitesse
continu
modélisation : modélisation : modélisation :
modélisation :
Ue = Uo - (Re x Ie) Ω1 = k-1 x (Um - Ri x Im)
Um = α x Ue N2 = N1 x (Z1/Z2)
Q : fonction des C1 = k x Im - Cf C2 = C1 x η x (Z2/Z1)
Im = Ie
conditions de décharge
Uo : tension à vide Um : tension carrée Ω1 = 2π x N1 / 60
Z1, Z2, nombres de dents
Re : résistance interne α : rapport cyclique k : constante de couple
des engrenages
Q : Capacité de la batterie réglable Ri : résistance de l’induit
η : rendement du réducteur
Cf : couple de frottement
loi électrique et lois électriques lois physiques loi de la cinématique
règles empiriques du hacheur du moteur loi de la conservation de l’énergie
Cette exemple de modélisation est limité au régime établi.

20. Approche interne de la chaîne d’énergie
Exemple 1 : Principes physiques de base utilisés
dans les actionneurs électriques,
Exemple 2 : Dimensionnement d’une transmission à
partir de l’étude des mouvement et des efforts (en
statique et en dynamique),
Exemple 3 : Justification des protections,
Exemple 4 : Explication de phénomènes parasites
(rebond d’un contact électrique, jeu mécanique…)

21. Approche interne de la chaîne d’information
(approche nécessaire pour maîtriser le fonctionnement
des systèmes au delà du premier ordre)
Spécification des phénomènes physiques qui
régissent les fonctions d’acquisition et spécification
des modèles correspondant,
Approche des solutions techniques et des modèles
correspondants, codages, numération, opérations,
structures algorithmiques, lecture de schémas, trame
sur un réseau…

22. approche interne des chaînes
d'énergie et d'information
Démontage --remontage
Démontage remontage Maquette numérique
Maquette numérique
observation, mesure et
observation, mesure et schémas structurels --plans
schémas structurels plans
détermination des caractéristiques
détermination des caractéristiques documentations techniques des
documentations techniques des
des éléments constitutifs
des éléments constitutifs éléments constitutifs
éléments constitutifs
Modèles donnés
Modèles donnés Paramétrage du modèle de comportement
Paramétrage du modèle de comportement
Equations, calcul,
Equations, calcul, Simulation ou calcul
Simulation ou calcul
résolution analytique
résolution analytique assisté par ordinateur
assisté par ordinateur
Prévision de comportement
Comparaison avec le comportement réel
Comparaison avec le comportement réel

23. approche interne des chaînes
d'énergie et d'information
Cas d’application de la démarche générique
Seulement si solution câblée
ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER
Chaîne d'information
ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE ACTION
Chaîne d'énergie

24. Approche interne de la fonction ‘Traiter’
Caractéristiques et
Caractéristiques et
Algorithme
Algorithme raccordements des E/S (schéma)
raccordements des E/S (schéma)
Modules logiciels réutilisables
Modules logiciels réutilisables Technologie des auxiliaires de
Technologie des auxiliaires de
Bibliothèque de composants
Bibliothèque de composants commande, des capteurs et des pré
commande, des capteurs et des pré
logiciels
logiciels actionneurs
actionneurs
Outils de program-
Outils de program-
mation donnés Programmation de l’application
Programmation de l’application
mation donnés
expressions logiques,
expressions logiques, simulation par
simulation par
calculs algébriques,
calculs algébriques, ordinateur
ordinateur
résolution analytique
résolution analytique
Prévision de comportement
Comparaison avec le comportement réel
Comparaison avec le comportement réel

25. Laboratoire avec
Laboratoire avec
systèmes et produits
systèmes et produits
(en état de fonctionnement, en
(en état de fonctionnement, en
démontage, en essais, avec
démontage, en essais, avec
maquette numérique,
maquette numérique,
documentations…)
documentations…)
Cycles de travaux pratiques autour
Cycles de travaux pratiques autour
de Centres d’intérêt, suivis de
de Centres d’intérêt, suivis de
séquences de synthèse
séquences de synthèse
Mini-projet ou Projet
Mini-projet ou Projet
pluritechnique encadré permettant
pluritechnique encadré permettant
le réinvestissement
le réinvestissement