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Mis à jour le 06/01/2020

Réalisez une analyse fonctionnelle externe

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Avant de présenter plus en détail l’analyse fonctionnelle externe, nous allons d’abord regarder deux définitions élémentaires : “besoin” et “produit”.

Un besoin est une exigence exprimée par le client ou identifiée lors de l’étude de marché.

  • Un besoin est qualifié « d’explicite » s’il est clairement exprimé par le client, généralement au travers d’un Cahier des Charges Fonctionnel (CdCF).

  • Un besoin est qualifié « d’implicite » s’il est parfaitement ressenti par le client, mais n’est pas clairement exprimé par ce dernier ; soit parce qu’il est difficile à exprimer, soit parce qu'il fait partie des besoins communément fournis.

Non exprimé par le client, un besoin « potentiel » est celui qui correspond à un besoin identifié lors d’études de marché, et qui sera satisfait avec l’apparition de produits nouveaux innovants.

Lorsque nous parlons d’un produit, nous avons trois différents points de vue : « utilisateur », « entreprise » et « processus ».

Du point de vue des processus, un produit est généralement illustré par une série d'étapes (le cycle de vie du produit) : la création, la conception et la fabrication, l'emballage, le transport, la consommation ou l’utilisation, le retrait de service et le recyclage ou l’élimination.

Chaque étape contient son lot d’activités industrielles et requiert des outils mis en œuvre par des processus permettant de rationaliser les efforts et de valoriser leurs résultats. Les analyses de sûreté de fonctionnement font partie de ces activités que l’on va retrouver dans les étapes des cycles de vie du produit, mais principalement dans les premières étapes du processus de création d'un produit.

Dans l’analyse fonctionnelle externe, un produit est considéré comme une “boîte noire” qui remplit des fonctions et satisfait des contraintes vis-à-vis de l'environnement extérieur.

Dans l’analyse fonctionnelle externe, nous allons rechercher et valider toutes les fonctions, les contraintes et les liens avec l'environnement extérieur en utilisant une démarche exhaustive selon différents angles, de façon à n’oublier aucune information.

Nous pouvons classer les démarches d’analyse selon leur approche du produit :

  • les méthodes par analyse de l’environnement dans lequel se trouve le produit ;

  • les méthodes par analyse des événements auxquels le produit est confronté ;

  • les méthodes par analyse des invariants intrinsèques au produit.

Le déroulement de l’analyse fonctionnelle peut être organisé selon les étapes suivantes :

  • identification, définition du besoin ;

  • contrôle de validité du besoin ;

  • détermination des limites de l’étude et du système ;

  • détermination des situations de vie du produit ;

  • détermination des milieux extérieurs ;

  • détermination des fonctions ;

  • détermination des critères de performance des fonctions ;

  • contrôle du juste besoin ;

  • hiérarchisation des fonctions. 

Identifiez le besoin

Pour identifier le besoin, nous devons répondre à trois questions :

  • À qui, à quoi rend service le produit ?

  • Sur qui, sur quoi agit le produit ?

  • Dans quel but le produit existe-il ? Pour quoi faire ?

Pour répondre aux deux premières questions, nous devrons clarifier la matière d’œuvre qui représente un élément, une énergie et/ou une information sur lesquel agit le système. Les formes possibles des matières d’œuvre sont très diversifiées : des matières (à déplacer, à stocker, à transformer…), différent types d’énergie, tous types d’informations (écrite, numérique…), ou encore des êtres humains pris individuellement ou collectivement. L’action concernée    peut être une modification de forme ou de structure, un déplacement, un stockage, etc.

Par exemple, pour un réacteur chimique, les matières d’œuvre peuvent être des produits actifs (éléments du système) et la température (mesure de l’état du système). Un autre exemple : pour un bloc d’alimentation, c’est l’énergie à transformer qui joue le rôle de matière d’œuvre.

Afin de répondre  à la question concernant l’expression du but du produit, on peut prendre par exemple parmi les verbes suivant : changer, diminuer et augmenter.

Plutôt que dire qu’une boîte de conserve « conserve les aliments » ; il est plus efficace de dire qu’elle augmente la durée de conservation des aliments qu’elle contient. Immédiatement, nous nous posons la question de définir une durée et des conditions de conservation.

Exemple

Prenons l’exemple d’une brosse à dent électrique.

À qui, à quoi rend service le produit ?

Réponse : personne désirant  prendre soin de ses dents, de ses gencives, de son hygiène bucco-dentaire.

Sur qui, sur quoi agit le produit ?

La dentition, les gencives.

Dans quel but le produit existe-il ? Pour quoi faire ?

Augmenter l’efficacité des soins de sa dentition et diminuer les efforts de la personne désirant nettoyer ses dents.

Prenons maintenant l’exemple d’une tondeuse de jardin.

À qui, à quoi rend service le produit ?

Personne désirant  entretenir une pelouse.

Sur qui, sur quoi agit le produit ?

La hauteur de l’herbe.

Dans quel but le produit existe-il ? Pour quoi faire ?

Permettre à une personne de diminuer (couper) la hauteur de l’herbe d’une pelouse.

Validez le besoin

La prochaine étape dans l’analyse fonctionnelle est de valider les besoins que nous venons d’identifier. Nous devons découvrir les raisons qui justifient le besoin en répondant à trois questions concernant l’origine, le but et les risques de disparition du besoin :

  • Pourquoi le besoin existe-il ? (Quelle en est l’origine ?)

  • Pour quoi le besoin existe-il ? (Dans quel but ?)

  • Quelle est la probabilité de chaque risque de disparition ?

Exemple : la tondeuse.

Le besoin existe. Pourquoi ? (À cause de quoi ?)

  • R1 : l’homme ne peut pas couper l’herbe d’une pelouse sans outil.

  • R2 : l’homme ne peut pas couper avec un outil manuel pendant des heures sans ressentir de la fatigue ou avoir des troubles musculosquelettiques.

  • R3 : l’homme souhaite couper plus de surface de pelouse à l’heure (rentabilité – professionnel – ou diminution de la durée d’une corvée d’entretien – particulier).

Le besoin existe pour quoi ? (Dans quel but ?)

  • B1 : pour l’entretien des espaces verts, la santé d’une pelouse…

  • B2 : (Dans quel but ?) Disposer d’un jardin d’agrément entretenu donc remplissant son rôle…

  • B3 : risques d’évolution ou de disparition du besoin.

Pour chacune des raisons identifiées à l’origine du besoin, déterminer ce qui peut la faire évoluer ou disparaître. Si au moins une raison ne disparaît pas, le besoin pourra être validé.

Risques d’évolution ou de disparition du besoin :

  • Non R1 : l’homme devient capable de couper l’herbe sans outil (tout le monde ne peut pas utiliser un mouton…).

  • Non R2 : l’homme devient capable de tondre avec un outil manuel sans ressentir de fatigue ou de troubles musculosquelettiques (peu probable dans l’immédiat, mais c’est comme cela que cette tâche était réalisée, il y a quelque décennies…).

  • Non R3 : l’homme ne souhaite plus couper rapidement sa pelouse (plus de souhait de rentabilité ; peu de risques pour l’instant).

De même, nous pouvons nous demander si les buts peuvent disparaître.

  • Disparition de B1, l’homme n’entretient plus ses espaces verts, une variété d’herbe qui n’a plus besoin d’être coupée est mise au point (peu probable).

  • Disparition de B2, disparition de la pelouse ou de la pelouse naturelle dans nos jardins d’agrément, ou disparition des jardins d’agréments (peu probable pour le moment).

Le besoin est donc validé.

Définissez la limite de l’étude et du système

Une fois que les besoins sont validés, nous définissons ensuite les contraintes du projet ainsi que la frontière de notre étude et du système.

Nous  bornons, dans un premier temps, le champ d’action de notre étude en précisant :

  • les contraintes : coûts, délais, concepts techniques imposés (si connus ou imposés par les savoir-faire de l’entreprise) ;

  • les latitudes en matière de moyens et de ressources humaines, délégations, responsabilité et rôle des acteurs du projet ;

  • la nature du produit à réaliser : maquette, prototype, série...

Ensuite, nous devons déterminer ce qui appartient au système et ce qui n’en fait pas partie, donc, les limites du système.

Il est évident qu’en fonction de ce qui est dans le système ou non, les fonctions à assurer seront différentes. Par exemple, dans un cas le système devra s’interfacer avec l’utilisateur via les IHM (utilisateur hors système) ; dans l’autre (utilisateur dans le système), cette interaction sera vue au niveau de l’analyse fonctionnelle interne.

Exemple : la brosse à dents électrique.

Si celle-ci doit au moins communiquer l’état de ses batteries, une connexion à un smartphone permettra de communiquer sur la durée, efficacité, etc., du brossage. La phase d’identification des EME (éléments du milieu extérieur) affinera cette partie plus efficacement.

Cycle de vie et phase de vie du produit

Les rôles joués par le produit ou le système ainsi que les actions associées changent au fil du temps. Alors il est nécessaire d’identifier les différentes phases du cycle de vie du produit ou du système, afin de pouvoir rechercher l’ensemble des fonctions de service et de contrainte que celui-ci devra fournir. Nous allons étudier l’ensemble des cas d’utilisation et des positions imposées à notre produit par sa propre existence.

La première étape est d’établir le profil de vie du produit au fil du temps, depuis sa fabrication jusqu’à son retrait de service, et notamment identifier les phases de vie significatives :

  • Production

    • Industrialisation

    • Production

    • Contrôle/Tests

    • Conditionnement

  • Distribution

    • Transport

    • Stockage

    • Montage/Installation

    • Mise en service

  • Utilisation

    • Utilisation normale (principale)

    • Utilisation normale (secondaire)

    • Utilisation en mode dégradé

    • Maintenance/Réparation

    • Non-utilisation/Stockage

  • Fin de vie

    • Démontage et tri

    • Stockage

    • Recyclage ou destruction

Il peut être très utile pour les études futures de définir le séquencement des situations d’emploi, c’est-à-dire comment, dans la phase d’utilisation, le produit peut passer en mode dégradé, en maintenance, voire en position de repos ou de stockage. Pour chacune de ces situations d’emploi (ou de non-emploi) nous devons définir pour les :

  • situations d’emploi :

    • configuration du produit (constituants),

    • modes de fonctionnement (fonctions),

    • régimes de fonctionnement (performances),

    • conditions de passage à la situation de non-emploi,

    • données d’environnement (les données d’environnement sont diverses. Pour les systèmes à composants électroniques, tenir compte de la méthode d’évaluation de la fiabilité électronique, FIDES par exemple) ;

  • situations de non-emploi :

    • configuration du produit,

    • conditions de passage à la situation d’emploi,

    • fonctions contraintes,

    • test...

Étude de l’environnement

L’étude de l’environnement du produit (pour chaque phase de vie significative) a un grand impact sur les fonctions du produit. Tout ce qui est défini « en dehors de notre système » dans l’étape de la définition des limites est un élément du milieu extérieur.

Les éléments de l’environnement (milieu) extérieur (E. M. E.) peuvent être de différentes natures :

  • les éléments vivants : personnes, animaux, végétaux… ou une partie de ceux-ci ;

  • les éléments physiques : les objets de toute nature, les composants de systèmes, un courant électrique, une source de chaleur, des fluides, les intempéries, des déchets... ;

  • les éléments immatériels (normes, règlements…).

Dans tous les cas, un E.M.E. doit pouvoir être défini de façon objective pour tous les protagonistes de l’étude. Si on ne peut pas définir entièrement un élément par des critères objectifs, alors cet élément n’est pas un élément du milieu extérieur. Par conséquent, ce qui est impalpable ne peut pas être un E.M.E.

Cette définition des E. M. E. est importante pour mieux appréhender le rôle agresseur/agressé dans les études de danger.

Quelques erreurs courantes :

  • l’esthétique n’est pas un E.M.E., car on ne peut pas donner une définition stable et objective de l’esthétique. Mais on peut s’appuyer sur les résultats d’une étude de marché ou d’un sondage (par exemple). L’E.M.E. sera le sondage en question, ou une charte graphique donnera l’aspect que doit avoir une IHM ;

  • idem pour le toucher, le goût...

  • la sécurité n’est pas intrinsèquement un E.M.E. Qui pourrait répondre à la question « Montrez‐moi la sécurité de cet objet » ? Personne ! En revanche, une norme de sécurité fera un excellent E.M.E. !

Exemple : stylo.

  • Si l’encre fait partie du produit, ce stylo sera jetable (on ne pourra pas définir de phase de recharge (maintenance) en encre, faute d’E.M.E. correspondant).

  • Si l’encre est un E.M.E., alors il faudra prévoir une fonction permettant de recharger le stylo en encre (qu’elle se présente sous forme de cartouches ou en flacon), lors de la phase de maintenance, par exemple.

Exemple avec ici : le stylo
Exemple : environnement du produit "stylo"

Il en va de même pour la brosse à dent électrique et ses batteries : allez-vous utiliser des batteries amovibles, des accumulateurs standard ou spécifiques? L’impact est important pour votre schéma industriel : pour des batteries spécifiques amovibles, vous devrez fournir les éléments de rechange et même faire les études de sûreté de ces dernières.

Dans le cas d’accumulateurs standard, vous pourrez reporter leur sûreté sur leur fabriquant mais ils vous imposeront leurs performances (taille, capacité, nombre de cycles de recharge, règles de sécurité…). Si vous avez choisi un accumulateur amovible, c’est le moment de définir ses propriétés, ses performances, comme tous les autres E.M.E.

Nous verrons que si les accumulateurs font partie du produit, leurs performances seront déduites des performances attendues des fonctions du produit lui-même.

Fonctions et méthodes des interacteurs

Le ou les besoin(s) étant validé(s), il est nécessaire de recenser les fonctions qui permettront de satisfaire celui-ci (ou ceux-ci). Qu’est-ce qu’une fonction ?

L’objectif étant de décrire le produit non pas comme un ensemble de solutions, mais comme un ensemble de fonctions que devra satisfaire le produit. Ces fonctions sont les caractéristiques que devront satisfaire les solutions pour être de bonnes solutions. La non-réalisation partielle ou totale de ces fonctions sera au cœur des méthodes d’analyse de risque.

Il y a deux catégories de fonctions pour l’analyse fonctionnelle externe : les fonctions d’interaction et les fonctions d’adaptation. Plus une pour l’analyse fonctionnelle interne : les fonctions techniques qui sont à l’intérieur du produit et qui servent à réaliser les précédentes.

Essentielles, les fonctions d’interaction sont les fonctions principales pour lesquelles le « produit » a été conçu, et qui permettent d’assurer la réponse au besoin fondamental attendu par l’utilisateur. Elles correspondent à une relation entre deux ou plusieurs interacteurs (EME) réalisée par le produit.

Illustration
Fonctions d'interaction

La détermination des fonctions principales se fait en exprimant le but de chaque relation créée par le produit sous les formes suivantes :

  • un verbe actif à l’infinitif (qui traduit la relation) et reprend les noms des interacteurs impliqués. Fonction principale = Verbe actif + EME1 + EME2 ;

  • un sujet (le produit), un verbe (qui traduit la relation) et des compléments (les milieux extérieurs EME1 + EME2).

Les fonctions d’adaptation correspondent à une adaptation du produit vis-à-vis d’un élément du milieu extérieur (EME), lors de sa conception, souhaitée ou imposée.

Ces fonctions d’adaptation sont appelées :

  • fonctions de contrainte lorsqu’elles sont imposées par l’environnement extérieur (réglementations, lois…) ;

  • fonctions secondaires pour des fonctions de moindre importance ;

  • fonctions d’estime pour des fonctions liées à l’esthétisme, l’image de marque, le style…

Illustration
Fonctions d'adaptation

Les contraintes correspondent à des contraintes imposées au produit par son environnement au sens large du terme :

  • l’environnement : « résister à la corrosion » ;

  • la technologie : le choix d’une technologie de fabrication ;

  • les règlements, les normes et les brevets : automobile, « avoir des phares blancs » ;

  • etc.

Les fonctions secondaires correspondent à des besoins complémentaires qui doivent être satisfaits au même titre que le besoin principal. Elles complètent, améliorent, facilitent le service rendu. Par exemple, un briquet, en plus de « donner une flamme », doit satisfaire les fonctions complémentaires suivantes : « ne pas salir les poches ou les sacs ».

Exemple : brosse à dent électrique (analyse partielle)
Exemple : brosse à dent électrique (analyse partielle)

Dans cette analyse partielle, nous avons défini :

  • FP1 - permettre à un adulte de se brosser les dents ;

  • FC 1 - respecter la dentition ;

  • FC2 - s’intégrer à la salle de bain ;

  • FC3 - s’alimenter en énergie ;

  • FC4 - respecter (être conforme) aux normes de sécurité du pays ;

  • FS1 - s’adapter aux différents utilisateurs.

De même, s’intégrer dans la salle de bain fait appel à une intégration visuelle, esthétique ou à un problème de volume, de placement, il faudra le définir.

Nous verrons que la caractérisation des fonctions nous donne l’opportunité d’être plus précis. Comme pour un livre, le titre (ici le nom de la fonction) doit sonner juste, mais le contenu du livre (ici la caractérisation de la fonction) fait l’histoire.

Caractérisation des fonctions

Nous utilisons les critères de performance ou d’appréciation pour caractériser des fonctions. Ces critères sont des éléments qualitatifs qui permettent d’apprécier la manière dont une fonction est remplie ou une contrainte est respectée. Une fonction se caractérise rarement par un seul critère.

Ils doivent être des paramètres mesurables ou appréciables qui permettront de représenter la performance attendue, de quantifier le verbe d’action de la fonction et de décrire les milieux extérieurs de cette fonction.

Ici, nous distinguerons deux catégories de critères selon la méthode d’évaluation :

  • les critères d’usage : critère de performance objectif, rationnel, quantitatif rattaché au(x) besoin(s) ou aux contraintes imposées par les éléments du milieu extérieur ;

  • les critères d’estime : critère de performance subjectif, irrationnel, tels que le confort d’utilisation, l’esthétique…

Il est aussi possible de changer le niveau recherché pour un critère d’appréciation. Cette propriété est décrite par la flexibilité classée en quatre niveaux :

  • F0 (flexibilité nulle) : niveau impératif ;

  • F1 (flexibilité faible) : niveau peu négociable ;

  • F2 (flexibilité moyenne) : niveau négociable ;

  • F3 (flexibilité forte) : niveau très négociable.

La limite d’acceptation est à définir si la flexibilité n’est pas nulle, elle caractérisera la tolérance sur la satisfaction du niveau d’un critère.

Exemple : brosse à dent électrique (analyse partielle).
FP1 : permettre à un adulte de se brosser les dents.
Critère 1 : tête de brossage.
Niveau 1 : unique, ronde et amovible.
Flexibilité : F0.

Ici est défini l’usage d’un consommable qu’il faudra également qualifier : poil dur, souple, taille, poids…

Nous pourrions avoir envie de quantifier le poids de la taille de toute la  brosse, mais ces critères peuvent entrer dans la caractérisation de la fonction FC2 et FS ; de même, les caractéristiques de la prise en main de l’appareil entrent dans les critères de la fonction FS1.

Critère 2 : vitesse de brossage
Niveau : 5.000 tours/minute
Flexibilité : F1
Limite d’acceptation : +/-1.000 tours/minute

Ce deuxième critère insiste sur une performance de la tâche même de la fonction. Généralement, la caractérisation des fonctions est présentée sous forme d’un tableau de synthèse. Un extrait est donné ci-après.

Si nous regardons simplement ces deux critères, nous pouvons nous poser maintenant les questions suivantes :

  • Si la brosse tourne plus vite que prévu, moins vite ou plus du tout, quels en sont les effets ?

  • Que peut-il se passer pour que la tête de brossage ne soit plus amovible ou qu'elle ne tienne plus en place ?

De fait, l’identification et la caractérisation des  fonctions définissent le produit, c’est-à-dire ce qui est prévu. Les études de fiabilité veilleront à garantir que ces critères soient respectés pour la durée prévue d’emploi du produit et les études de sûreté, que leur disparition ou modification n’aient pas de conséquences fâcheuses sur le produit ou ses EME.

Extrait du tableau de synthèse de la caractérisation des fonctions de la brosse à dents électrique.

Fonctions

Critères

Niveaux

Flexibilité

Limites d’acceptation

FP1 : Permettre à un adulte de se brosser les dents

tête de brossage (Brossette)

unique, ronde et amovible

F0

 

 

vitesse de brossage

5.000 tours/minutes

F1

+/-1.000 tours/minutes

 

autonomie

2 h avant recharge

F2

1h

 

……

 

 

 

FC1 : respecter la dentition

Forme support de tête

sans arêtes vives

F0

 

 

Détection d’appui trop vigoureux

Bip

 

Débraillage système de brossage

F0

 

F1

 

 

Uniquement sur version luxe

 

…..

 

 

 

FC2- S’intégrer à la salle de bain

couleur

Code couleur des meubles et revêtement (blanc, crème….)

F0

 

 

Taille appareil

Hauteur max 25 cm

Surface de pose max (10x10 cm)

F1

+/- 2 cm

 

 

 

 

 

FC3- S’alimenter en énergie

Caractéristique source d’énergie

230 V

0.5 A

50 Hz

F0

F0

F0

 

 

Longueur cordon d’alimentation

1,5 m

F1

1m

 

Type de cordon (prise)

.....

…..

 

 

….

 

 

 

FC4- Respecter (être conforme) aux normes de sécurité du pays

 

Étanchéité de la brosse

IP 67

F0

 

 

Étanchéité du support de charge

IP65

F0

 

 

……

 

 

 

FS1- S’adapter aux différents utilisateurs

Pour droitier et gauche

oui

F0

 

 

Pour les enfants

 

non

F0

 

 

Personnalisable

Led couleur 5

 

Enjoliveur plastique de couleur

F1

 

F0

Sur version luxe uniquement

 

 

Diamètre appareil

3,5 cm

F1

[3- 4cm]

Ce tableau est certes incomplet, mais il illustre nombre de types de critères, niveaux, flexibilité et limites d’acceptation qui définissent mieux le produit.

Tous ces critères ne seront pas utiles pour nos études de sûreté de fonctionnement, mais n’oublions pas que l’AF alimente aussi les activités de conception des produits, et notamment l’analyse fonctionnelle interne.

Exemple de certificat de réussite
Exemple de certificat de réussite