L’organisation fonctionnelle et matérielle d’un produit

Voici une fiche pour mieux comprendre l’organisation fonctionnelle et matérielle d’un produit, étudiée en spécialité science de l’ingénieur en classe de première. Ces notions sont à maîtriser et font partie de la compétence “Analyser”.

Dans cette partie, nous allons essayer de vous présenter ce que représente l’organisation fonctionnelle et matérielle d’un produit. Cet article s’inscrit dans la démarche d’analyse des produits existants dans le but d’appréhender leur complexité. Ce chapitre fait appel à des compétences d’analyse et a pour but pédagogique de former votre esprit à raisonner de manière logique et rigoureuse face à des problèmes complexes. L’enjeu des notions qui vont être abordées est notamment de pouvoir proposer des solutions innovantes car cette capacité repose en partie sur une analyse des solutions existantes. Les objectifs sont donc d’acquérir la rigueur et la méthode pour pouvoir mener une analyse structurée de produits, ce qui vous servira dans un grand nombre de domaines.

Présentation de la notion 

Diagrammes et analyse

Aujourd’hui, il existe plusieurs outils qui sont à la disposition de l’ingénieur pour pouvoir analyser un produit, comprendre son fonctionnement et son utilité dans un contexte précis. Ces outils sont en réalité des représentations graphiques, des schémas, qui permettent d’aborder un produit d’une manière plus simple (mais attention sans perdre pour autant de l’information), mais surtout plus claire pour rendre compréhensible le produit pour tous (ex : les collaborateurs avec qui vous travaillez, les clients etc..). 

Cette démarche d’analyse se réalise à plusieurs échelle : une échelle globale où l’on considère l’entièreté du produit, en interaction avec son environnement, et une échelle plus locale où l’on va s’intéresser aux fonctionnalités propre du système. Dans cet article nous allons essayer d’aborder les diagrammes les plus populaires, les plus utilisés dans le milieu professionnel.

Le diagramme d’analyse général

diagramme analyse générale

Sur ce diagramme, vous pouvez constater que nous avons séparé le produit en deux blocs : la chaîne d’énergie et la chaîne d’information. Cette représentation du système permet d’avoir une vue général sur l’ensemble des éléments intervenants dans le fonctionnement du mécanisme. En effet, cette distinction entre les deux blocs permet de comprendre le rôle joué par les éléments constituant le produit.

  • La chaîne d’information regroupe ainsi les mécanismes qui échangent entre eux de l’information : Ordinateur, capteurs etc… 
  • La chaîne d’énergie regroupe elle les mécanismes qui échangent de l’énergie entre eux : moteur, engrenage, transmetteur de puissance etc…

On réalise alors un premier pas vers l’analyse car on différentie la chaîne d’énergie de la chaîne d’information en classant de plus chaque élément dans un bloc décrivant un rôle précis. On utilise alors ce diagramme pour détailler le fonctionnement interne du produit et comprendre comment chaque pièce intervient pour réaliser la fonction globale du système: on a bien l’organisation fonctionnelle du produit. D’autre part, ce diagramme reste le meilleur outil pour analyser l’organisation matérielle d’un produit car dans chaque sous-catégorie des chaînes d’énergie et d’information, on va pouvoir ranger chaque élément composant le produit. On comprend alors très bien comment matériellement, le système est organisé et quel est le rôle de chaque pièce.

Le diagramme de contexte

diagramme de contexte

Le diagramme de contexte permet de mettre en évidence les acteurs et interactions du produit mais cette fois-ci en prenant en compte l’environnement extérieur au produit.  Ce diagramme permet de s’intéresser  toujours à l’organisation fonctionnelle du produit mais dans l’optique de comprendre comment ce dernier interagit et existe dans son environnement. On va alors prendre en compte l’utilisateur évidemment, mais aussi les autres systèmes qui interagissent avec notre produit isolé.

L’exemple du volant d’une voiture

Le moteur représente le système isolé. L’utilisateur est donc le conducteur. On peut mettre en bloc environnant: la direction et les roues car l’orientation du volant influe sur le comportement des roues, la route et la météo car ces derniers influent sur la conduite, la direction assistée car c’est un paramètre qui facilite plus ou moins l’orientation du volant.

En conséquence, ce diagramme permet d’identifier les relations d’un produit avec son environnement. C’est une analyse fonctionnelle très pratique car il est important de connaître et maîtriser l’environnement d’utilisation.

Le diagramme des cas d’utilisation

diagramme des cas d'utilisation

Le diagramme des cas d’utilisation permet de détailler le diagramme précédent. Quand bien même il s’agit d’un diagramme d’analyse fonctionnelle interne du système, il permet de faire la jointure entre utilisation du produit avec un contexte ou cas d’utilisation particulier.

On peut alors décrire plus précisément l’organisation fonctionnelle du produit en détaillant les relations entre acteurs et éléments du système. 

A gauche, on retrouve les différents acteurs utilisant le produit. Au centre on place le système isolé (le produit). C’est dans cette boîte que l’on détaille le service attendu que doit remplir le produit. Enfin à droite on peut faire intervenir un autre intervenant ou autre système qui joue un rôle aussi, comme dans le diagramme de contexte.

L’exemple du volant d’une voiture

Il n’y a qu’un seul acteur ici: c’est le conducteur que l’on place alors à gauche du diagramme. Pour le système isolé : ce n’est autre que le volant qui doit remplir le service suivant: diriger la voiture. On peut alors à droite placer le système de direction assisté qui va venir influencer la réussite du service attendu (diriger la voiture).

Le diagramme des exigences

Ce type de diagramme permet d’approfondir l’analyse fonctionnelle du produit en précisant les relations entre les éléments du système, leurs rôles et impact les uns sur les autres. De plus cet outil permet de préciser des critères de satisfaction par rapport au service attendu de chaque pièce dans le système.

L’exemple du volant d’une voiture

Pour ce système, on peut calibrer la résistance du volant pour définir la sensibilité de ce dernier. Il y a de plus une communication entre l’arbre de direction et le volant lui même mais aussi entre le volant et les mains du conducteurs.

Ainsi on peut prévoir 3 onglets : maniabilité (dans lequel on précise la sensibilité du volant), fixation (qui précise l’encastrement du volant par rapport au siège et tableau de bord), l’ergonomie (qui précise la maniabilité du volant, le contact main-volant). Ces 3 onglets sont des exemples, on peut bien sûr aller plus loin en considérant  l’électronique (balai essui glace, contrôle musique, klaxon etc…) se situant proche du volant.

Sujet du bac analysé 

Pour ce chapitre nous ne proposons pas d’analyse de sujet du bac pour éviter la redondance de ce type d’exercice. Vous pouvez revoir l’exemple traité du volant de voiture tout le long de l’article à titre de modèle.

Conclusion

Pour conclure, l’analyse fonctionnelle et matérielle d’un produit est essentielle pour comprendre la complexité et le fonctionnement d’un système. Il existe plusieurs diagrammes qui suivent souvent des normes permettant de simplifier l’analyse du système. Nous vous avons présenté les diagrammes les plus pertinents et les plus utilisés pour vous permettre d’aborder dorénavant avec plus de sérénité le fonctionnement d’un produit.