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Analyse fonctionnelle, approche systémique
dimanche 15 décembre 2013, par gerla
Présentation, utilisation
Présentation, utilisation

Introduction

L’analyse fonctionnelle peut être définie comme une construction intellectuelle permettant de décrire comment développer un produit ou un système susceptible de répondre à des besoins . La démarche conduit à séparer les objectifs (répondre à un besoin) et les moyens (comment y arriver).

L’approche systémique (appliquée également en biologie, écologie, économie, etc.) se veut très globale, voire spéculative. Pour le systémicien, appréhender la nature complète de chaque relation, entre les constituants du système pris deux à deux est plus importante que de connaître la nature de chaque composant du système.

L’analyse fonctionnelle et l’approche systémique sont pluridisciplinaires et intéressent tous les acteurs du projet de développement d’un produit ou d’un équipement (aussi bien le futur client, le service de développement [designer], le service commercial, le service technique, le service qualité, etc.).

Véritable « boîte de Pandore », ces concepts constituent un vaste sujet dans lequel il peut être facile de se perdre !! Il n’est pas question d’aborder ici tous les usages qui sont fait de l’analyse fonctionnel et de l’approche systémique. On se bornera à voir des exemples simples et tenter de mettre en évidence des principes valables pour n’importe quel élément du domaine de l’électronique audiovisuelle.

1- Analyse fonctionnelle, approche systémique

1.1- En analyse fonctionnelle, selon la norme NF X 50-100/150/151 et selon le fascicule de documentation FD X 50-101 (publication AFNOR, 1996, 1995) :

Le produit désigne un matériel, un service, un système, un processus (...) ou toute combinaison de ceux-ci.

• L’analyse fonctionnelle consiste à rechercher, ordonner, caractériser (...) les fonctions constituant un produit ou un système.

Divers outils peuvent être utilisés pour conduire l’analyse fonctionnelle. Parmi ces outils, on cite la SADT (Structured Analysis Design Technique), FAST (Function Analysis System Technique), schémas de contacts et de flux, etc.

1.2- Dans l’approche systémique et étymologiquement, le mot «  système  » qui provient du grec sustêma, signifie "ensemble cohérent". Selon Joël de Rosnay, un système est un ensemble d’éléments en interaction dynamique, organisé en fonction d’un but. Selon Daniel Durand (La systémique, PUF), un système revêt un aspect structurel (peut être représenté par un organigramme) et un aspect fonctionnel (peut être représenté par un algorithme ou un algorigramme).

Un système technique décrit sous son aspect structurel permet de mettre en évidence :

une frontière qui sépare les éléments du système de l’environnement extérieur. La limite d’un système peut être floue ou mouvante. La frontière permet de caractériser les flux d’entrée et de sortie (énergie, information, matière) ;

les éléments constitutifs, les objets techniques ;

des relations qui relient les éléments entre eux (réseaux de transport) ;

les réservoirs d’énergie, information, matière.

Un système technique décrit sous son aspect fonctionnel permet de mettre en évidence :

les flux d’énergie, d’information, de matière. Ils circulent dans les réseaux et sont maintenus dans les réservoirs (par exemple, l’information structurante qui reste en mémoire) ;

les éléments de décision, gestion qui transforment de l’information en action (action sur les flux) ;

des boucles de rétroaction qui rendent compte aux éléments de décision de l’effet produit ;

des délais (jouent un rôle analogue aux réservoirs de l’analyse structurelle).

Un système technique peut également être abordé sous son aspect historique .

2- Analyse externe

L’analyse externe permet de « planter le décor ». Elle répond au besoin de l’utilisateur (cahier des charges) et décrit la finalité (l’usage) d’un système ou d’un produit (au sens large) dans son environnement de fonctionnement. Le produit peut être considéré comme une « boîte noire ».

2.1- Selon l’approche systémique

La frontière, qui isole et détermine les éléments appartenant au système technique, permet de déterminer la nature du flux entrant et sortant (matière d’œuvre) et transformé par le système ou les objets techniques qui le constituent. Représenter graphiquement par un diagramme (figure 1a) les éléments d’un système et des flux circulants entre eux permet d’approcher la compréhension du système.

Au-delà de la frontière identifiant les éléments d’un système, les milieux associés sont définis comme des portions de l‘environnement (selon A. Cadieu et D. Siciliano). On distingue habituellement les milieux technique, économique, physique et humain.

Le diagramme sagittal (très souvent partiel afin de rester lisible) d’un système technique audiofréquence (figure 1b) représente les constituants (objets, utilisateur) et les flux (représentés par les flèches) correspondant à la matière d’œuvre (matière ou information ou énergie) et aux réglages (gestion, rétroaction). Le diagramme sagittal montre de quoi est fait le système (aspect structurel) .

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Considérant un objet technique appartenant au diagramme sagittal et compte tenu des caractéristiques de la matière d’œuvre (traitement réalisé sur le flux entrant et sortant), il est possible d’en déterminer la fonction d’usage (qui sous tend la notion de fonction de transfert ). Le schéma fonctionnel de niveau I (figure 2a) représente l’objet technique -OT- (boite noire) et indique le résultat obtenu à partir du flux d’entrée.

L’écriture de la fonction d’usage permet de répondre aux questions « pourquoi faire » et « comment faire » de façon à permettre d’élaborer le schéma fonctionnel de niveau 1 (figure 2b) de l’objet technique.

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2.2- Selon l’analyse fonctionnelle externe

L’analyse fonctionnelle externe place le produit à développer dans son environnement de fonctionnement. Elle doit permettre de traduire en terme de fonctionnalités ou (fonctions de service) ce que le produit doit faire sur son environnement ou comment le produit satisfait aux besoins de son environnement (et de l’utilisateur).

Parmi les fonctions de service, on distingue les fonctions d’usage (services rendus) et les fonctions d’estime (conditions du service rendu, éléments subjectifs).

Pour vérifier l’expression du besoin, et déterminer les fonctionnalités nécessaires, il convient de :

• déterminer les éléments extérieurs au produit qui sont en contact avec lui ;

• évaluer les relations qui existent entre deux éléments extérieurs via le produit. Une fonctionnalité correspond à chaque relation (fonction de service) ;

• déterminer les éléments extérieurs ayant une relation simple avec le produit (contrainte, fonction complémentaire, FC).

Le diagramme pieuvre (figure 3a) permet de représenter le produit dans son milieu. Les relations entre le produit étudié et les éléments de l’environnement correspondent aux fonctionnalités (fonctions de service et fonctions complémentaires) que doit réaliser le produit.

Dans l’exemple (figure 3b) , les fonctions de service (du préamplificateur-amplificateur AF associé aux enceintes acoustiques d’une chaîne HIFI à composants séparés) sont numérotées par ordre d’importance , toujours dans le sens de l’ attente de l’utilisateur . Les fonctions de service, mettant en relation deux composantes de l’environnement du produit, comprennent :

les fonctions d’usage (repérées FU, elles traduisent la partie rationnelle du besoin) ;

les fonctions d’estime (repérées FE, elles représentent la partie subjective de l’attente de l’utilisateur).

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Prise en compte du point de vue ... du technicien de service

Le technicien de service après vente assure la mise en service et la maintenance des produits. Il n’est donc pas confronté au choix du produit. La mise en service et/ou le dépannage de l’ensemble préamplificateur-amplificateur AF (audiofréquence) avec enceintes acoustiques (au delà des contraintes économiques) sont les activités principales du technicien. Dans l’exercice de sont art, le technicien intègre totalement les normes définissant les qualités minimales du produit (normes de sécurité, normes définissant le traitement du signal, ...) et respecte les fonctions d’estime (conservation de l’aspect).

La perception du milieu environnant le produit s’en trouve réduite, comparée à celle vue par l’utilisateur (le client) ou le concepteur. Le diagramme pieuvre (figure 4) donne une idée de l’environnement du préamplificateur-amplificateur audiofréquence perçu par le technicien de service. L’ordonnancement des fonctions ( figure 4a et la suite ordonnée, figure 4b) est également modifié (par rapport à celui de la figure 3b ).

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Partant de l’analyse des fonctions de service ( classement par ordre d’importance ), il est possible de représenter par un graphique les flux entrants et sortants du produit ( diagramme d’activité ou actigramme, figure 4a ). Selon la méthode SADT, l’activité (fonctionnalité, fonction de service) du produit étudié est représentée par une boîte (1er niveau) sur laquelle on note le moyen utilisé (qui fait l’activité ?), les entrées (sur quoi porte l’activité ?), les contrôles (réglages, ...), les sorties.

La figure 5b donne le diagramme d’activité ou actigramme de 1er niveau (noté A0) correspondant au préamplificateur-amplificateur associé aux enceintes acoustiques.

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L’actigramme de 1er niveau (une boîte) peut être décomposé en plusieurs boîtes (généralement, de 3 à 6 boîtes). Chaque boîte (figure 6a) correspond à une ou plusieurs fonctionnalités. Le fait de regrouper en une seule entité les fonctions opérant sur un flux de même nature (énergie, contrôle, matière d’œuvre) permet de constituer des groupes fonctionnels.

L’actigramme de 2ème niveau de l’exemple (figure 6b) est constitué de 3 boîtes. Le point de vue du technicien SAV (installation, dépannage) est pris comme référence. L’ordonnancement des fonctions est donc celui de la figure 4 . Les fonctions FU1 et FC constituent le groupe I.

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3- Analyse fonctionnelle interne ; fonctions, liens

Les produits audiovisuels et multimédias (téléviseur, récepteur DAB, lecteur Blu-ray Disc, PC, chaîne home cinéma, récepteur satellite, etc.) sont des produits dont la technologie dominante est électronique. Les techniciens de service après vente sont donc issus du monde de l’électronique et utilisent les termes consacrés par l’usage. Il ne doit pas naître un conflit de langage entre les designers (qui, par essence, n’ont pas forcément tous les mêmes compétences et habitudes) et les électroniciens purs et durs !

Chaque fonction technique peut se définir comme étant une entité qu’il est possible d’identifier et/ou de localiser. Chaque fonction technique réalise une action déterminée au sein d’un équipement (figure 7a) . Une fonction technique peut comporter des composants de technologies différentes.

La fonction principale FP est décomposable en fonctions secondaires FS plus simples (figure 7b) . Une relation mathématique plus ou moins complexe (appelée fonction de transfert ) permet de décrire les grandeurs de sortie par rapport aux grandeurs d’entrée d’une fonction technique principale ou secondaire.

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Les liens entre les fonctions représentent le transfert des flux d’énergie, des flux de contrôle et de la matière d’œuvre entre les fonctions d’un équipement.

4- Schémas techniques d’un équipement

Les schémas techniques sont établis par les services techniques lors de la conception puis la mise en fabrication du produit. Le service de formation de l’entreprise (quand il existe) peut également être à l’origine de schémas.

Le manuel de service (quand il existe) fait référence au châssis (gamme des produits construits sur une base -le châssis- identique ou ne présentant que des variantes légères). Le manuel de service fait référence au produit quand celui-ci est unique dans sa conception. Plusieurs schémas contribuent à la description technique d’un équipement :

Le schéma synoptique ( block diagram ) donne une représentation simplifiée (vue d’ensemble) d’une carte électronique ou des composants intervenant dans la réalisation de l’équipement. Afin de conserver une bonne lisibilité, la représentation est souvent partielle en ne rend pas toujours compte de la totalité des fonctions techniques qui sont implantées dans l’équipement.

Le schéma de principe (schéma structurel) représente l’ensemble des composants d’une carte électronique ou l’ensemble des composants d’un équipement (objet technique). Généralement et afin de rendre plus lisible le graphisme, plusieurs schémas structurels partiels ( circuits diagrams ) sont nécessaires à la représentation des connexions électriques et/ou électroniques des composants d’une carte ou d’un équipement.

• Quand plusieurs cartes sont implantées dans un équipement, un schéma de câblage ( wiring diagram ) décrit les connexions entre les cartes et l’environnement extérieur.

• L’implantations des composants sur une carte électronique est décrite par le schéma de câblage ( PCB layout ou PWB layout ). Le PCB (printed circuit board) ou board (main board, motherboard, etc.) désigne la carte comportant les composants électroniques. On parle également de PWB (printed wiring board) pour désigner les cartes ne comportant que du câblage imprimé. Il y a parfois confusion entre les deux acronymes.

Le diagramme des états électriques ( transition diagram ), l’algorigramme de démarrage ( start-up flowchart ) ou de mise au repos ( shut-down flowchart ), la description symbolique d’une procédure (séquence) de fonctionnement (etc.) sont autant de représentations du comportement de l’équipement à un instant considéré. Ces schémas permettent de rendre compte de la dynamique de fonctionnement d’un équipement.

Le schéma synoptique ( figure 8a ) permet de mettre en évidence le cheminement et la transformation des différents flux à l’intérieur de l’équipement (dans l’exemple, voies audio gauche et droite d’un préamplificateur-amplificateur audio stéréo).

Le schéma structurel ( figure 8b ) montre comment sont réalisés les circuits et fonctions (amplificateur de puissance voie gauche dans l’exemple). Ces schémas représentent exactement les solutions technologiques mises en œuvre dans l’équipement ou l’appareil. Ces schémas sont à rapprocher de la représentation en fonctions principales FP et fonctions secondaires FS de l’analyse fonctionnelle interne. Après identification d’une fonction, il est possible d’en déterminer la fonction de transfert.

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La figure 9 donne des exemples de diagrammes. Par exemple, la figure 9a résume les différents états dans lequel peut se trouver un matériel audiovisuel et multimédia ( transition diagram ). La figure 9b représente l’enchaînement des étapes de démarrage d’un lecteur laser (représentation algorithmique).

La représentation ( figure 9a ) peut être complétée en notant toutes les conditions de passage d’un état à un autre. Par exemple, quand un défaut est détecté lors du fonctionnement, l’équipement passe automatiquement en mode protection. Un appel du mode service (par le technicien lors du dépannage) permet un redémarrage partiel (mode acquisition et fonctionnement partiel) afin d’utiliser les ressources encore disponibles (sans risque de dégrader les composants) et faire un diagnostic. Tous ces diagrammes sont normalement donnés par le manuel de service et/ou d’entretien de l’équipement.

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5- Elargissement du champ d’investigation

La maintenance est une situation de travail exigeante mettant en œuvre successivement les différents schémas. Selon l’objectif recherché, l’un ou l’autre des schémas est utilisé ( à chaque situation de travail son schéma directeur ). Les fonctions techniques opérant sur un flux de même nature (énergie, contrôle, matière d’œuvre) permet de constituer les groupes fonctionnels techniques (figure 10a) .

• Schéma synoptique (puis schémas de principe) représentant le cheminement des flux et les fonctions techniques nécessaires à la réalisation de la fonction d’usage (en rapport avec le groupe fonctionnel GIII, Transformation des flux de données audio, vidéo ou plus généralement, Application ) ;

• Schéma synoptique (puis schémas de principe) représentant les éléments de contrôle et de gestion de l’équipement (en rapport avec le groupe fonctionnel GII, ergonomie, gestion de fonctionnement ) ;

• Algorigramme de démarrage et schéma de distribution des énergies (en rapport avec le groupe fonctionnel GI, Energie - Environnement, dont correction du facteur de puissance PFC, alimentation, sécurité électrique et isolement ).

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A l’ordonnancement des groupes fonctionnels on peut faire correspondre la figure 10b . Cette représentation rappelle le modèle en couches , largement utilisée pour caractériser les transmissions de données (Internet, liaisons HDMI, SPDIF, etc.).

Cette dernière note ajoute une vision ouverte vers les objets connectés ... Voir également le diaporama de présentation de l’analyse fonctionnel.

Voir également l’article "groupes fonctionnels et fonctions techniques" publié sur ce site.

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