Dans l’analyse fonctionnelle externe, le produit/système est regardé comme une « boîte noire ». Dans l’analyse fonctionnelle interne, nous allons ouvrir cette « boîte noire » et aider le concepteur à construire la solution qui répondra à l’expression fonctionnelle du besoin. Elle permet aussi d’aider l’analyste Sûreté de fonctionnement à se représenter la structure interne du produit afin de construire son modèle d’analyse, notamment les blocs diagramme de fiabilité ou les arbres de défaillance.
Cette phase commence dès le début du développement du produit pour en retirer tout le bénéfice. Mais nous essayons d’éviter d’aller trop en détail afin de ne pas réaliser le travail des concepteurs. Dans ce chapitre, nous allons vous présenter les méthodes les plus utilisées dans l’analyse fonctionnelle interne : bloc diagramme fonctionnel et FAST.
Bloc diagramme fonctionnel
Le diagramme fonctionnel (ou schéma de flux fonctionnel) permet de visualiser graphiquement les flux fonctionnels transitant au travers des composants du « produit », et de mettre en évidence les fonctions de service et les fonctions techniques circulant au travers des composants du produit ou du système.
Cette analyse peut s’appliquer à différents niveaux de détail : composants, sous-ensembles, ensembles. Elle peut être réalisée lors de l’étude d’un produit existant ou lors d’une phase de conception d’un produit nouveau. Cette méthode nécessite que le « produit » soit matérialisé : le produit existe, ou il existe des plans ou bien une maquette de celui-ci.
La méthodologie utilisée consiste à schématiser chaque composant ou sous-ensemble par un bloc à partir des résultats de l’analyse externe du produit, puis à représenter trois types de flux :
les flux principaux correspondant aux fonctions d’interaction qui traversent le produit ;
les flux secondaires correspondant aux fonctions d’adaptation qui entrent dans le produit ;
les flux bouclés correspondant aux fonctions techniques et qui sont internes au produit.
Nous disposons d’abord de part de d’autre du tableau, les éléments du milieu extérieur. Ensuite, les éléments constituants du produit seront schématisés par des rectangles et positionnés en fonction des contacts relatifs entre les éléments, qui seront tracés en même temps. Nous traçons les cheminements des flux à travers les éléments du produit.
Voici l’application à notre brosse à dent électrique simplifiée.
Plaçons d’abord les informations issues de l’AF externe du système et les EME qui seront utilisés dans l’étude. Pour les EME, nous avons : la main, la dentition, la prise électrique, le meuble de salle de bain.
Le système est dans un premier temps représenté par deux lignes.
Nous allons maintenant ajouter les composants internes de notre brosse électrique. Il est souvent plus aisé de commencer pas les composants en contact avec les EME.
La main est en contact avec le bouton on/off et l’enveloppe de la brosse, la prise électrique avec le câble d’alimentation, le bâti support avec le meuble de salle de bain, et pour finir la dentition avec la brossette.
Ce qui nous donne le diagramme suivant :
Nous avons laissé de la place pour ajouter les composants transformant l’énergie électrique alternative en courant continu. Ils seront contenus dans le bâti support, donc en liaison avec lui. Il s’agit du transformateur et du connecteur 1.
Pour faire tourner la brossette, une batterie rechargée par l’intermédiaire du connecteur 2 alimente un moteur par l’intermédiaire d’un variateur activé par le bouton on/off. Le moteur entraîne un axe qui, par l’intermédiaire d’un support baïonnette, transmettra le mouvement de rotation à la brossette. Les deux paliers maintiennent l’axe dans l’enveloppe de la brosse en lui permettant de tourner librement (cliquez ici pour zoomer).
Nous validons le diagramme en trouvant le « chemin » entre les deux EME de chaque fonction FP de l’AF externe.
Dans le diagramme ci-dessous, le « chemin » rouge correspond à la mise en œuvre de la fonction FP1. Notons que le composant batterie permet évidement d’être temporairement déconnecté du réseau électrique.
Le chemin bouclé vert indique, ici, un choix de construction : « mettre des paliers pour assurer un maintien de l’axe de 15 cm et permettre la rotation de celui-ci ».
Nous devons si besoin définir chaque lien entre les composants comme étant une fonction technique. Selon les projets, nous pouvons simplement les nommer ou les spécifier en utilisant la même technique que pour les fonctions de l’AF externe. Par exemple, le lien entre l’enveloppe de la brosse et le moteur peut être simplement qualifié par « maintien mécanique du moteur dans l’enveloppe » ; nous pouvons aussi définir les critères de force de maintien, coefficient d’absorption des vibrations…
Nous retrouvons ici comme précédemment autant de critères de performance du produit mais également quelques idées, pour par exemple identifier de quelle cause viendrait l’effet "vibrations anormales du produit".
Nous retrouvons des propriétés de modélisation équivalentes sur tous types de diagramme associant des représentations de composants et de flux les reliant ; les IBD de SysML peuvent être utilisés dans des conditions équivalentes.
Tableau d’analyse fonctionnelle (TAF)
Le tableau d’analyse fonctionnelle ou TAF permet de synthétiser dans une structure de tableau à double entrée l’association fonction-composant. Ce tableau permet donc de faire la synthèse des relations existant entre l’architecture fonctionnelle et l’architecture organique d’un produit ou d’un système. Il peut être utilisé pour associer les fonctions de l’AF externe aux composants, comme dans l’exemple de notre brosse à dents.
Cliquez ici pour consulter le tableau d'analyse fonctionnelle de notre brosse à dents !
Notons qu’il est maintenant plus aisé d’imaginer pour chaque défaillance de composants recensés sur la colonne de FP1 ce qui peut être une cause de dégradation de celle-ci.
La méthode FAST (functional analysis system technique)
Les objectifs généraux du FAST sont les suivants :
ordonner les fonctions identifiées ;
vérifier la logique fonctionnelle ;
contrôler l’exhaustivité de l’analyse fonctionnelle ;
préfigurer le produit à travers sa logique fonctionnelle ;
servir de support à la recherche des solutions techniques nouvelles.
Pour nos études de sûreté de fonctionnement, nous voulons surtout associer à chaque composant du système ou du produit les fonctions techniques qu’il réalise pour contribuer à chaque fonction principale.
Nous construirons le diagramme FAST de gauche à droite, en utilisant la logique du pourquoi au comment. L’analyste doit posséder un minimum de culture scientifique et technique pour développer les fonctions de service du produit définies dans l’AF externe, en fonction technique qu’il attribuera aux constituants du système qu’il placera à droite du diagramme.
Construction d’un FAST
Pour définir et ordonner les fonctions les unes par rapport aux autres sur une ligne appelée « chemin critique », il convient de se poser au moins les deux questions suivantes :
Pourquoi cette fonction doit-elle être remplie ?
Comment cette fonction doit-elle être remplie ?
Le « pourquoi » correspond à la cause ou au but de la fonction. Il est préférable dans ce cas de poser la question « Dans quel but cette fonction doit-elle être remplie ? » La réponse à cette question commencera par « Pour… » qui exprimera un but.
Le « comment » correspond à une clarification et une explication de la fonction. Donc la réponse est l’action directe pour que la fonction soit réalisée.
En partant de la fonction « Enlever les restes alimentaires », le but est bien de « Nettoyer les dents », notre fonction principale. Comment peut-on le faire, en décrochant les restes alimentaires ?
Est-ce qu'appliquer une brosse sur les dents est suffisant ? Évidemment non, il faut aussi que cette brosse effectue un mouvement approprié.
Est-ce que seul le brossage mécanique est une réponse technique à notre problème ? Évidemment non, il existe d’autres moyens.
La prise en compte de ces questions est réalisée par la méthode FAST, par l’usage des connecteurs logique ET, OU.
Le OU sera utilisé :
pour traduire que plusieurs buts sont possibles par rapport à une fonction donnée correspondant à la question "Dans quel but ?" (Pourquoi ?) ;
pour traduire qu’il existe plusieurs moyens pour réaliser une fonction.
Savoir que les buts d’une fonction sont potentiellement multiples peut intéresser l’analyste en SdF, pour connaître les effets de la non-réalisation de la fonction « Décrocher les restes alimentaire, le tartre ». Par contre, le produit ne met en œuvre qu’une seule des technologies (jet d’eau OU brossage), c’est utile pour les concepteurs voulant découvrir de nouvelles solutions alternatives ; nous étudions une seule de ces solutions dans nos études.
L’expression logique « ET» peut être utilisée dans les deux cas suivants selon le même principe :
pour traduire que plusieurs buts sont réalisés grâce à une même fonction ;
pour traduire qu’il est nécessaire que plusieurs moyens (fonctions ou solutions) sont nécessaires pour réaliser une fonction.
Exemple : brosse à dent électrique.
Ici, les buts d’une fonction sont multiples. Et il est clairement établi qu’il faut plusieurs fonctions techniques pour « décrocher les restes alimentaire, le tartre ». Ce découpage d’une fonction principale par des fonctions techniques que l’on pourra associer à des constituants de notre produit est ce que nous recherchons afin de conduire nos analyses.
Les études se faisant pour chaque fonction principale, nous pourrons également synthétiser celle-ci dans une TAF.
Pour la brosse à dent, une décomposition partielle serait :
Nous avons terminé cette première partie sur l'analyse fonctionnelle. Avant de passer au quiz, récapitulons les points clés de cette partie !
