Etude des systèmes Sciences - s2i.chaptal.free.frs2i.chaptal.free.fr/SI/S1/TD.pdf · TD PTSI Séquence 1 Analyse fonctionnelle des systèmes CPGE PTSI/PT* Demie classe A1 - Identifier

LYCEE CHAPTAL

TD

PTSI

Séquence 1

Analyse fonctionnelle des

systèmes

CPGE

PTSI/PT*

Demie

classe

A1 - Identifier le besoin et définir les exigences du système A2 - Définir les frontières de l'analyse A3 - Conduire l'analyse D1 - Découvrir le fonctionnement d’un système complexe G1 - Élaborer, rechercher et traiter des informations

2h

Etude des systèmes pluri-technologiques

Sciences Industrielles

pour l’Ingénieur

Figure:Imprimante3Dhauteprécision

CPGE PTSI S2I Séquence 1 Etude des systèmes

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Exercice1:RotondeSNCF

1. PrésentationLe dépôt SNCF de Bordeaux est équipé d’une plateforme tournante (ou rotonde) permettant la desserte et la mise en place de locomotives sur 32 voies à partir de 3 voies d’arrivées.

Le fonctionnement de la rotonde se décompose en plusieurs phases :

1. La plateforme est positionnée en vis-à-vis de la voie d’arrivée de la locomotive.

2. Après autorisation de l’opérateur, la locomotive vient se placer sur la plateforme.

3. La plateforme tourne et se positionne en face de l’atelier souhaité pour la maintenance de la locomotive

4. Après autorisation de l’opérateur, la locomotive quitte la plateforme. 5. La plateforme reste en l’état en attente d’un autre déplacement

Plateformeenpositionderéférence

Unelocomotivearriveparlavoien°103

Lacabinedepilotageestsurlagauche

Lavoiederoulementestunrailcirculairesituéaufonddelafosse

Au1erplanlavoien°29avecdechaquecôtélesfeuxdesignalisation


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Diagramme SysML de contexte de la rotonde

Schématisation de la plateforme

Plateformeenrotation

Laplate-formetournante,montéesurunpivotcentral,estplacéedansunefosseaufonddelaquelleestdisposéunrailenformedecercleappelévoiederoulement.


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Diagramme sysml de définition des blocs

Motorisation de la plateforme

L’ensemble motorisation de la rotonde est composé d’un moteur électrique, d’un réducteur de vitesse, d’un second réducteur de vitesse couplé au 1er et composé de 2 roues dentées (pignons) 1 et 2. L’ensemble est monté sous la plateforme et permet l’entraînement de cette dernière par la mise en rotation d’un galet de roulement situé en sortie du second réducteur. Le galet roule sur la voie de roulement qui est un rail circulaire disposé au fond de la fosse.


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Fonctionnement et commande de la plateforme Lorsque l’opérateur désire mettre en mouvement la plateforme, il indique le numéro de la voie avec laquelle la plateforme doit être alignée. A chaque numéro de voie correspond une position angulaire connue et qui est définie en degré par rapport à une position de référence (0 °) correspondant à la plateforme quand elle est alignée avec la voie d’entrée n°105. Un capteur angulaire de position (type codeur rotatif) est monté sur l’axe de rotation de la plateforme et permet ainsi d’en connaître la position angulaire. Lorsque l’opérateur indique sur le pupitre de commande le numéro de la voie avec laquelle la plateforme doit s’aligner, un calculateur permet de déterminer la course angulaire que doit réaliser la plateforme et envoie ainsi un ordre de fonctionnement au variateur de vitesse du moteur électrique. Le variateur fournit alors l’énergie électrique nécessaire au moteur et lui impose un profil de fonctionnement.

Profil de vitesse de rotation imposé au moteur par le variateur

Données techniques

Extrait du cahier des charges fonctionnelles On donne un extrait du cahier des charges fonctionnelles de la rotonde sous forme d’un diagramme sysml des exigences ainsi que de la table des exigences qui y est associée.


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Diagramme des exigences

Table des exigences de la rotonde de dépôt


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2. TravaildemandéQuestion 1 : Enoncer le besoin de ce système. Question 2 : Proposer un cahier des charges lié à des exigences. Question 3 : Réaliser la structure fonctionnelle du système sous forme de

chaînes d’énergie et d’information.


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Exercice2:Attacheurdevigne

I. MiseensituationdusystèmeétudiéAfindepermettreàsavignedesedévelopperdemanièreàfaciliterlarécolteduraisin,levigneronattachelessarmentssurdesfilshorizontauxtendusentredespiquets.Cetteopérationpermetenoutred’aiderlevégétalàsedévelopperharmonieusement,avecdel’espace,delalumièresansrisquedepliage,voiremêmederupturedebrancheschargéesdefruitsainsiquedetuteurerlesjeunesplants.

Pourfaciliteretoptimisercetteopération,lasociétéPELLENCadéveloppéunattacheurdevigneautomatique.

II. TravaildemandéQuestion 1 : Proposer un diagramme des exigences

précisant la spécification d’autonomie déjà présente sur le diagramme en annexe. Vous vous appuierez pour cela sur le Cahier des Charges Fonctionnel partiel donné et ferez apparaître les niveaux et flexibilités des différents critères que vous ajouterez

Question 2 : Décomposer la fonction principale en plusieurs tâches essentielles en :

• Précisant l’ordonnancement de ces tâches

• Précisant les éléments réalisant ces tâches

Question 3 : Identifier le(s) actionneur(s) de ce système. Les différentes tâches sont-elles réalisées à l’aide d’actionneurs différents ?

Question 4 : Proposer un diagramme d’état décrivant le fonctionnement normal du système

Question 5 : Identifier les éléments réalisant les différentes fonctions composant la chaîne fonctionnelle « Entourer »

Question 6 : Identifier une tâche non encore automatisée. Expliquer comment elle est réalisée. Proposer un moyen de l’automatiser en précisant les problèmes que cela pourra générer.


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1. Annexes

Fonctiondeservice Critères Niveau Flexibilité

FS1:Permettre

d’attacher

Cadence 20attaches/mn +10

Capacitéparbobine 1550attaches +20%

Capacitésansrechargerlabatterie 7500attaches 8000

Duréeducycle 0,2s +0,3s

Tailledusarment Ø20mm Maxi

Tailledufildefer Ø2mm Maxi

Longueurdulien 135mm +/-5mm

FS2:Réglerlatension Nombredetoursdetorsadage 3à9tours +/-0,5tour

FS3:Etreautonome

tension 14,4V 0Capacité 2Ah 0

Autonomie 8000attachesou8h +/-200Duréedecharge 10à12h Maxi

FS4:Etre

ergonomique

Massebatterie 1,2kg -10%Massebatterie+portebobinechargé 2,3kg -20%

Masseattacheur 1kg MaxiForme Selonrègleergonomique

FS5:Respecter

l’intégritéphysique

del’utilisateur

Aucuneblessurepareffetmécanique Lamesfermées

Aucuneblessurepareffetélectrique Faibletension

FS6:Proposer

différentsliens

Plusieurstypesdeliens Plastifié;papier;biodégradable…

Changementrapidedebobine 1à2min Maxi

Bobineentaméeréutilisable Longueurd’unebobine 1500attachesparbobine +/-50

FS6Résisterà

l’environnement

Pluie IP55 NormesTempérature -5°C<t<+40°C

Résistanceauxchocs:hauteurdechute 2m

Cahierdeschargesfonctionnel


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Batterie

Bobine

Attacheur

Sarment

Fildefer


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Modèlevolumique

Diagrammedescasd’utilisation

Crochet-guide

Torsadeur

Gachette

Couteau

Réducteur(associéàun

moteuràcourantcontinu)

Mécanismesdetransformationettransmissiondemouvement


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Diagrammed’exigences


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Diagrammedeséquencedelafonction«attache»


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Diagrammededéfinitiondesblocs

CPGE PTSI S2I CI.1 Systèmes pluritechniques Etude des systèmes

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Exercice3:F-city

I. MiseensituationdusystèmeétudiéUnegaredeTGVsurlaligneESTsesituesurunsitemédianentreBelfortetMontbéliard.Afindesatisfaireunedemandedesesusagers,laSNCFproposeunservicedelocationdevéhiculesélectriquespermettantderéaliserdestrajetsdecourtedistance.

Laconceptiondecesvéhiculesdoitpouvoirrépondrecomplètementauximpératifsd’unconcept«Autolib»,àsavoir:

unelocationfacileetrapideparl’utilisateur. uneautonomiede100km. unsystèmedegestionpermettantdesignalerletauxdechargedesbatteriesduvéhicule. unconfortsatisfaisantdesusagerspourdestrajetsurbains.

1. PRESENTATIONDUSYSTEME.FabriquéeparlasociétéFAMAutomobiles,entreprisebaséeàEtupesdanslenordFranche-Comté,laF-Cityestunepetitevoitureélectriquequipeutêtreutiliséeenlibreaccèsetquipeutêtreréservéeàpartird’unsimpleappeltéléphonique.L’annexeAN1décritcertainescaractéristiquestechniquesdecevéhicule.

2. ExigencesduconceptF-CityL’objectifdecettepartieestd’analyserlasolutionretenueparleconstructeurpermettantdeproposerunvéhiculeenlibre-serviceàpartird’unedoublegéolocalisation(clientetvéhicule)etd’uneréservation.Leséchangesinformatiquessontrendupossiblesàpartird’uneapplicationtabletteousmartphonedisponiblesurletéléphoneousurlatabletteduclient.

Question 7 : Énoncer le besoin principal qui a donné lieu à la création du véhicule F-City.

Onfaitl’hypothèsequel’utilisateurduserviceestdéjàenregistrécommeClientdelasociétéenchargedeproposerceservicedelocationdevéhicule.

Question 8 : Proposer un diagramme des cas d’utilisation (use cases) pour la prise en charge du véhicule et pour la restitution du véhicule vu du côté utilisateur.

Question 9 : Comment peut évoluer ce diagramme, si on supprime l’hypothèse précédente.

LediagrammedesexigencesprésentéenAnnexeAN2décritlesexigencesàsatisfaireparlevéhiculedansuncadred’unprocessuscompletdepriseenchargeetdedépôtduvéhicule.

Question 10 : Préciser pour quelles raisons les exigences à satisfaire sont plus nombreuses dans le cas de la prise en charge plutôt que dans le cas de dépôt du véhicule. Compte tenu du cahier des charges, préciser quelles exigences


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supplémentaires, il serait possible d’indiquer sur le diagramme des exigences quand le véhicule vient d’être rendu par un utilisateur.

3. QuestiontechniqueSys-ML

Question 11 : Quelle est la relation utilisée entre l’exigence identifiée 1 et les exigences identifiées 1.1 et 1.2 ? Préciser le rôle exact de cette relation.

4. Chronologiederéservationvuecôtéclient

Question 12 : A partir du diagramme de séquences présenté en Annexe AN3, et d’un point de vue utilisateur, préciser simplement les étapes successives nécessaires à la prise en charge d’un véhicule.

Question 13 : Proposer une écriture sous forme de pseudo-code de la structure alt apparaissant dans le processus de réservation.

5. QuestionstechniquesSys-ML

Question 14 : Préciser s’il s’agit d’un diagramme de séquence système ou d’un diagramme de séquence entre bloc (interne à un sous ensemble). Quelle est la différence essentielle entre les deux.

Question 15 : Les demandes réalisées et matérialisées par des flèches en trait plein à bout plein sont-elles bloquantes pour chaque partie de la séquence. Quel est la différence essentielle avec les flèches à bout creux ? Pourrait-elle être mise en place dans ce processus de réservation ?

Question 16 : Préciser la différence entre le type de flèche à bout plein utilisé dans la demande : 1 : Demande de recherche de véhicule et le type de flèche en pointillé utilisé dans la demande 5 : Affichage carte avec position véhicule. Cette différence vous apparait-elle importante ou s’agit-il d’une notion secondaire du langage de description.

6. QuestiontechniqueSys-ML–Pourallerplusloin

Question 17 : Préciser l’importance du rôle du caractère : apparaissant dans : Utilisateur, : Application portable ou : Système informatique. Préciser la notion d’unicité qui peut apparaitre dans les objets à tout moment du cycle de vie de ce processus de location.

7. Approchedelachained’énergieduvéhicule.L’objectifdecettepartieestd’étudierlachained’énergieduvéhiculeetenparticuliersaréversibilité.

Question 18 : Identifier, à l’aide du diagramme de bloc interne (IBD – Internal Block Diagram) de la chaîne d’énergie du véhicule fourni document annexe AN4, les composants qui réalisent les fonctions suivantes : « Stocker » ; « Distribuer » ; « Convertir » ; « Transmettre », classiques de la chaine d’énergie des systèmes.


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Question 19 : Qu’apporte en plus la description des flux par rapport à une chaine d’énergie classique. A partir de la description des flux, peut-on imaginer qu’il existe une possibilité de récupération d’énergie lors du freinage de la voiture.

8. QuestiontechniqueSys-ML

Question 20 : Le diagramme IBD présenté en annexe AN4 permet-il de décrire qu’il s’agit d’un système de déplacement à 4 roues dont 2 seules sont motrices. Quelle solution technique aurait-on pu utiliser pour préciser ce point ? Ce type de diagramme est-il adapté pour définir le type de motorisation retenu ou le diamètre des roues ?

9. Pourallerplusloin-ConceptionduBDD

Question 21 : A partir du diagramme IBD proposé en annexe AN4, réaliser le diagramme BDD faisant apparaitre le véhicule et les différents sous ensemble présents dans la chaine d’énergie ainsi que les roues non motrices.


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10. AnnexeAN1–Descriptiongénéraleduvéhicule

Nombredeplaces:2.

Moteurasynchroneélectriquetriphasé48Valternatif,8kW,Tmax45Nm. Groupemotopropulseurenpositionarrière. Suspensions:4rouesindépendantes,àl’arrièrebrastirés,àl’avanttrianglessuperposés. Systèmesbatteries : rack amovible typeNi-Mhavec12modules indépendants 6V/200Ah,énergieembarquée14,4kWh,puissancemaximale24kW,refroidissementpareauencircuitfermé.Lerackamovibled’unemassede273kgestfixéen4pointsàlastructureetparticipeàlarigiditéduvéhicule

Système électrique : chaîne de traction 72 V / 200 Ah,équipementsdebord12V/350W,batteriedeservitude12V/40Ah.

Masse : total en ordre demarche 840 kg, charge utile (coffre)150kg,totalautoriséeencharge1140kg.

Vitessemaximale:65km/h. Accélération:de0à30km/hen5,5secondes. Décollageenpentemaximale:16%. Autonomie:de80à100kmselonleprofild’utilisation.


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11. AnnexeAN2–Diagrammedesexigencesduconcept«Vu-log»

req[Modele]Vu-Log[Diagramme des exigences]

« requirement »

Réservation Id= " 1.1.2 "

Text= " le véhicule doit pouvoir être réservé par l’utilisateur par envoi de son identifiant et mot de passe "

« requirement »

Location du véhicule Id= " 1 "

Text= " le véhicule doit pouvoir être loué par l’utilisateur en libre service "

« requirement »

Prise du véhicule Id= " 1.1 "

Text= " le véhicule disponible le plus proche doit pouvoir être réservé en vue de sa prise en charge"

« requirement »

Rendu du véhicule Id= " 1.2 "

Text= " le véhicule doit pouvoir être libéré par l’utilisateur arrivé à destination "

« requirement »

Appel pour Géo-localisation Id= " 1.1.1 "

Text= " le véhicule le plus proche de l’utilisateur doit pouvoir être géo-localisé facilement sur son téléphone portable "

« requirement »

Signalisation Id= " 1.1.3 "

Text= " le véhicule doit signaler sa présence à l’approche de l’utilisateur par l’allumage de LEDs clignotantes "

« requirement »

Prise en charge Id= " 1.1.4 "

Text= " le véhicule doit autoriser la prise en charge par l’utilisateur par détection de la carte d’abonné dans le lecteur embarqué "


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12. AnnexeAN3–Diagrammedesinteractionsduconcept«Vu-log»

10 : vérifier la demande

3 : recherche dans la base de données

4 : Position véhicule le plus proche

[Réponse OK] 12 : Confirmation réservation

7 : Fenêtre demande login + mot de passe

5 : Affichage carte avec position véhicule

Sd Vu-Log [Diagramme des interactions]

: Utilisateur

1 : Demande de recherche de véhicule

: Application portable : Système informatique

2 : Position GPS

6 : Demande de réservation

8 : login + mot de passe

9 : Transfert demande

11 : Réponse

13 : Impossibilité de la réservation

alt


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13. AnnexeAN4–Diagrammedeblocinterne«Chaîned’énergievéhiculeF-City».

ibd[Block]F-City[Chaîne d’énergie]

230V~ 50Hz

« block »

convertisseur : Moteur

« block »

adaptateur : Réducteur

« block »

modulateur : Variateur « block »

stockage : Batteries

« block »

adaptateur : Chargeur

« block »

adaptateur : Cardans

Énergie mécanique aux roues motrices

« block »

effecteur : Roues

Énergie électrique alternative triphasée

Énergie électrique continue

Énergie électrique continue

Énergie mécanique de rotation

Énergie mécanique de rotation


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Exercice4:Radarpédagogique

1. PrésentationLe système Radar Pédagogique Icare-M mesure la vitesse des véhicules à l’aide d’un radar Doppler. (cf. plaquette Icare-M). Cette étude de dossier technique porte sur le fonctionnement du système et la fonction "radar Doppler", correspondant aux diagrammes (ou analyse par SysML) spécifiés en annexe.

2. Travaildemandé Etude des cas d’utilisation

Question 1 : Compléter le diagramme des cas d’utilisation pour le radar pédagogique, sachant qu’une maintenance préventive et curative doit être effectuée par un technicien. La mairie de la commune qui a acquis le radar doit pouvoir configurer le radar et récupérer les statistiques de passages et de vitesses.

Fonctionnement du radar

Question 2 : A l’aide du diagramme de séquence, décrire en quelques lignes le fonctionnement du radar.

Situation du module radar Doppler

Question 3 : Quelle exigence du diagramme des exigences implique l’utilisation d’un module radar Doppler ?

Question 4 : Situez le module radar Doppler dans la chaine ; soulignez l’information d’entrée et spécifiez l’information de sortie du module radar.

Acquérir Communiquer SauvegarderTraiter

Vitesseduvéhicule,ensoleillement

Afficheuréteintetvéhicule

Chaîned’informations


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Question 5 : Situez le module radar Doppler dans le diagramme de blocs internes suivant. Quelle est la nature du flux entre le radar et le véhicule ?

Le radar Doppler émet une onde électromagnétique à la fréquence Ft et c’est la fréquence de l'écho réfléchi par la cible qui est mesurée pour connaître la vitesse radiale de cette cible. Le signal émis par l'antenne directionnelle du radar à fréquence


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Ft est réfléchi par la cible et comparé en fréquence avec le signal original aller (Fr est la fréquence reçue). La fréquence Doppler est donnée par :

!" = !$ − !& Ce signal à la fréquence Fd est amplifié et sa fréquence est mesurée. Cette fréquence Doppler dépend de la vitesse v de la cible selon le modèle suivant:

avec c, vitesse de la lumière (299 792 458 m/s) Le module calcul donc, à partir de cette fréquence, la vitesse de la cible et communique cette information à l’aide d’une transmission sur un bus de type série. La représentation sous forme de diagramme de blocs internes de la fonction mesurer_vitesse() du module Doppler est donnée ci-dessous.

Question 6 : Ecrivez dans les « bons » blocs les relations entre les entrées et

les sorties. Le module « radar Doppler » peut être considéré comme un sous-système du radar pédagogique constitué d’une chaine d’information.

Question 7 : Complétez la chaine d’information ci-dessous en indiquant à quels éléments du diagramme de blocs internes ci-dessus correspondent les fonctions de la chaine d’information :

!" ≈ 2) !&* FdVitessevéhicule


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Ilexistedifférentstypesderadarpédagogique.LasociétéIcareproduitégalementleradarI-CARE.

Question 8 : Consulter le fichier fichier pdf « plaquette_icare.pdf » qui présente le radar I-CARE. Quelle est la différence entre les deux radars en ce qui concerne l’affichage ?

Question 9 : Compléter le diagramme des exigences du radar ICARE-M en annexe pour prendre en compte la différence du radar I-CARE.

Acquérir CommuniquerTraiter

Chaîned’informations


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Annexes :

Documents

Etude des systèmes Sciences - s2i.chaptal.free.frs2i.chaptal.free.fr/SI/S1/TD.pdf · TD PTSI Séquence 1 Analyse fonctionnelle des systèmes CPGE PTSI/PT* Demie classe A1 - Identifier