Analyse Fonctionnelle
SADT, FAST, bete a cornes et diagramme pieuvre
Objectifs pedagogiques
- Identifier le besoin et formuler les fonctions d'un systeme technique
- Construire un diagramme bete a cornes et un diagramme pieuvre
- Utiliser les outils SADT et FAST pour decomposer un systeme
- Rediger un cahier des charges fonctionnel (CDCF)
- Appliquer ces methodes a des systemes reels (velo electrique, drone...)
1. Introduction a l'analyse fonctionnelle
L'analyse fonctionnelle est une demarche systematique qui permet de comprendre et decrire un systeme par ses fonctions plutot que par ses composants. Cette approche est fondamentale en ingenierie car elle permet de se concentrer sur ce que le systeme doit faire (le "quoi") avant de se preoccuper de comment il le fait (le "comment").
Prenons l'exemple d'un velo electrique. Avant de choisir le moteur, la batterie ou le cadre, l'ingenieur doit d'abord identifier clairement : Quel est le besoin ? Quelles fonctions le velo doit-il remplir ? Quelles sont les contraintes environnementales et reglementaires ? L'analyse fonctionnelle repond a toutes ces questions de maniere structuree.
Definition : L'analyse fonctionnelle est une methode qui consiste a rechercher, ordonner, caracteriser et hierarchiser les fonctions d'un produit attendues par l'utilisateur.
Cette methode est utilisee a differentes etapes du cycle de vie d'un produit : lors de la conception initiale pour definir le cahier des charges, pendant le developpement pour valider les choix techniques, et meme apres la mise sur le marche pour analyser d'eventuelles ameliorations. Dans le cadre du developpement durable, l'analyse fonctionnelle permet egalement d'identifier des fonctions liees a l'impact environnemental.
2. Le diagramme Bete a cornes
Le diagramme "bete a cornes" est le premier outil de l'analyse fonctionnelle. Il permet de valider le besoin en repondant a trois questions fondamentales sur le produit etudie :
A qui rend-il service ?
Identifier l'utilisateur ou le beneficiaire du systeme
Sur quoi agit-il ?
Identifier la matiere d'oeuvre transformee
Dans quel but ?
Exprimer le besoin fondamental
Exemple : Velo electrique
| Question | Reponse |
|---|---|
| A qui rend-il service ? | Au cycliste (utilisateur) |
| Sur quoi agit-il ? | Sur le cycliste lui-meme (deplacement) |
| Dans quel but ? | Permettre de se deplacer avec une assistance electrique en reduisant l'effort physique |
La validation du besoin est essentielle. Un besoin mal identifie conduit inevitablement a un produit inadequat. Pour valider le besoin, on pose trois questions supplementaires : Pourquoi ce besoin existe-t-il ? Qu'est-ce qui pourrait le faire disparaitre ? Quel est le risque de voir le besoin evoluer ?
Pour le velo electrique, le besoin existe car les trajets urbains sont souvent longs et fatigants. Ce besoin pourrait disparaitre si les transports en commun devenaient parfaitement adaptes ou si la teleportation existait. Le risque d'evolution est faible car le besoin de mobilite individuelle reste fondamental dans notre societe.
3. Le diagramme Pieuvre
Le diagramme pieuvre (ou diagramme des interactions) permet d'identifier toutes les fonctions d'un systeme en analysant ses relations avec son environnement. On distingue deux types de fonctions :
Fonctions Principales (FP)
Elles relient deux elements exterieurs via le produit. Elles justifient la creation du produit.
Exemple : FP1 = Permettre au cycliste de se deplacer
Fonctions de Contrainte (FC)
Elles relient le produit a un seul element exterieur. Elles representent des contraintes imposees.
Exemple : FC1 = Resister aux intemperies
Exemple complet : Velo electrique
Les elements de l'environnement du velo electrique sont : le cycliste, la route, l'energie electrique, la reglementation, l'environnement (pluie, soleil), l'esthetique, le cout.
| Fonction | Expression | Type |
|---|---|---|
| FP1 | Permettre au cycliste de se deplacer sur la route avec assistance | Principale |
| FC1 | Utiliser l'energie electrique de maniere efficace | Contrainte |
| FC2 | Respecter la reglementation (vitesse max 25 km/h en assistance) | Contrainte |
| FC3 | Resister aux conditions meteorologiques | Contrainte |
| FC4 | Avoir un cout accessible (moins de 2000 euros) | Contrainte |
| FC5 | Avoir un design attractif | Contrainte |
Chaque fonction est ensuite caracterisee par des criteres d'appreciation et des niveaux d'exigence. Par exemple, pour FC1 (efficacite energetique), le critere pourrait etre l'autonomie, avec un niveau de 60 km minimum.
4. La methode SADT (Actigramme)
SADT (Structured Analysis and Design Technique) est une methode d'analyse descendante qui permet de decomposer un systeme en niveaux de detail croissants. L'outil graphique utilise est l'actigramme, represente par une boite avec des fleches.
Structure d'un actigramme
(Verbe a l'infinitif)
Signification des fleches
- Entrees (E) : Matiere, energie ou information transformee par la fonction
- Sorties (S) : Resultat de la transformation (matiere, energie ou information modifiee)
- Controles (C) : Parametres qui commandent ou contraignent la fonction
- Support (W) : Moyens techniques permettant de realiser la fonction
Exemple : Velo electrique - Niveau A0
| Element | Description |
|---|---|
| Entree | Cycliste en position A, energie electrique stockee |
| Sortie | Cycliste en position B, energie electrique consommee |
| Controle | Consignes du cycliste (vitesse, direction), reglementation |
| Support | Velo electrique (cadre, moteur, batterie, transmission...) |
La decomposition se poursuit ensuite au niveau A1, A2, etc., en detaillant chaque sous-fonction. Par exemple, "Deplacer le cycliste" peut etre decompose en : Alimenter le moteur, Convertir l'energie, Transmettre le mouvement, Guider le velo.
5. Le diagramme FAST
Le diagramme FAST (Function Analysis System Technique) est un outil qui permet de lier les fonctions aux solutions techniques. Il repond aux questions "Pourquoi ?" (vers la gauche) et "Comment ?" (vers la droite).
Principe : On part de la fonction principale (a gauche) et on la decompose progressivement en sous-fonctions jusqu'a arriver aux solutions techniques (a droite).
Structure du FAST
principale
fonction 1
technique
Exemple : Velo electrique - FAST simplifie
| Fonction principale | Sous-fonction | Solution technique |
|---|---|---|
| Assister le pedalage | Stocker l'energie | Batterie lithium-ion |
| Convertir l'energie | Moteur electrique brushless | |
| Transmettre le couple | Transmission par chaine ou courroie | |
| Detecter le pedalage | Capteur de pedalage (effet Hall) | |
| Gerer l'assistance | Controleur electronique |
Le FAST permet de justifier chaque choix technique en le reliant a une fonction. C'est un outil precieux pour l'eco-conception car il permet d'identifier les solutions les plus pertinentes en termes de performance et d'impact environnemental.
On peut aussi utiliser le FAST pour comparer differentes solutions techniques pour une meme fonction. Par exemple, pour "Stocker l'energie", on pourrait comparer : batterie lithium-ion (legere, chere), batterie plomb (lourde, economique), supercondensateur (recharge rapide, autonomie limitee).
6. Le Cahier des Charges Fonctionnel (CDCF)
Le CDCF est le document qui formalise le besoin en termes de fonctions. Il constitue le contrat entre le demandeur et le concepteur. Un CDCF bien redige contient :
- La presentation generale du projet et son contexte
- L'expression du besoin (bete a cornes validee)
- L'environnement du produit et les elements interagissants
- Les fonctions de service (FP et FC) avec leurs criteres
- Les niveaux d'exigence et les flexibilites
- Les contraintes de conception (normes, delais, budget)
Caracterisation des fonctions
Chaque fonction doit etre caracterisee par des criteres mesurables :
| Fonction | Critere | Niveau | Flexibilite |
|---|---|---|---|
| FP1 - Assister le pedalage | Vitesse max assistance | 25 km/h | F0 (imperatif - norme) |
| FC1 - Autonomie | Distance parcourue | 60 km | F1 (peu negociable) |
| FC4 - Cout | Prix de vente | 1500 euros | F2 (negociable) |
Echelle de flexibilite
- F0 : Imperatif - aucune negociation possible (souvent lie a la securite ou la reglementation)
- F1 : Peu negociable - niveau limite acceptable avec justification
- F2 : Negociable - peut etre discute selon les contraintes
- F3 : Tres negociable - objectif souhaitable mais non prioritaire
