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C.I. 1 : Fonctionnalités, Architecture et Structure d’un Système

Cours Description fonctionnelle des systèmes /12

Les statistiques prouvent qu’il existe d’avantage de produits mal conçus par insuffisance d’analyse

fonctionnelle que par manque de réflexion dans la recherche de solution.

Exemple : Séchoir à cheveux

- Fonction principale : sécher les cheveux = satisfaite

- Fonction complémentaire : stocker le fil après usage = non satisfaite

Anaonctionnelle

L’analyse fonctionnelle est une démarche qui consiste à recenser, caractériser, hiérarchiser et valoriser les

fonctions du produit (système) pour satisfaire les besoins de son utilisateur.

Objectif : traduire les attentes des clients en solutions

L’analyse fonctionnelle est un élément important de la démarche qui permet aux entreprises industrielles de

traduire les attentes de leurs clients en solutions techniques compétitives.

Deux types d’analyse sont alors réalisés successivement.

La première dite « externe » consiste à exprimer le point de vue du client : c'est-à-dire qu’elle formalise les

attentes et la satisfaction du client (expression du besoin, réalisation d’un cahier des charges). Cette forme

d’analyse intitulée analyse fonctionnelle externe ou expression fonctionnelle du besoin exprime le point de

vue du client-utilisateur et met en évidence les fonctions de service.

La deuxième dite « interne » consiste à exprimer le point de vue du concepteur : c'est-à-dire qu’à partir de

la première analyse déterminée antérieurement, elle décompose les fonctions de service du produit en fonctions

techniques et définit ainsi des solutions constructives. L’analyse est alors intitulé analyse fonctionnelle interne.

I. Le cahier des charges fonctionnel

I.1 Nécessité du cahier des charges fonctionnel

Lors de l'élaboration d'un produit, la rigueur méthodologique sera le meilleur moyen d'éviter

l'interprétation subjective, d'où la nécessité d'établir un cahier des charges fonctionnel (CDCF) qui

permette au groupe « études et conception » de s'orienter vers une solution qui réponde le mieux

possible au besoin de l'utilisateur.

Rappelons que le secteur « Études » à la part de responsabilité la plus

importante sur le coût final d'un produit (fig. 1). L'organigramme (fig.

2) situe les études et la conception dans le cycle de vie d'un produit.



Le CdCF est un document déterminant dans une démarche de conception d’un produit. C’est un

outil méthodologique par lequel le demandeur va exprimer son besoin auprès du concepteur-

réalisateur. Il est aussi utilisé pour préparer et suivre le développement du produit dans les différentes

phases de son élaboration, depuis l’idée jusqu’à la livraison.

Le CdCf définit, précise, délimite les responsabilités des partenaires (demandeur du produit et

concepteur-réalisateur), il sert de référence et de base de négociation en cas de contrat, litige ou conflit.

De même, il définit, précise pour le produit, les services attendus, les conditions d’utilisation, les

performances, les coûts, les délais de livraison, les variations possibles de prix, les options, les clauses

éventuelles, ...

La particularité du CdCF est que ce document ne s’occupe que des fonctions de services du produit et

n’exprime aucune idée de technique, de mode d’obtention. Par ailleurs ce document, loin d’être

définitif, évolue au cours de la création du produit.

Processus

d’élaboration du

C.d.C.F :

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Etude et conception ProductionDistribution et

après-vente

Fig. 2 : Cycle de vie d'un produit



I.2 Du cahier des charges fonctionnel au projet

Après une vérification de la faisabilité, l'étude de conception peut être lancée par le bureau

d'études (BE). À partir de là, tous les outils d'analyse, de recherche de fonctions techniques, de

recherche de solutions technologiques, de vérification, de simulation, de validation, etc., vont être

mis en œuvre dans une « démarche de conception ». Lorsqu'une solution aura été choisie et définie, c'est

la phase de définition des éléments du produit qui sera déclenchée, puis celle de l'étude de sa

fabrication réalisée par le bureau des méthodes (BM). Avec cette dernière phase se termine l'étude du

produit étude tout au long de laquelle des documents ont été élaborés de façon à constituer le « projet ».

II. Analyse du besoin

II.1 Notion de besoin et de produit Définitions : (NF X 50-150)

Un besoin est une nécessité ou un désir éprouvé par un utilisateur.

Le besoin ainsi défini concerne la nature des attentes de l'utilisateur et non le volume du marché.

Par l'utilisateur, on entend un individu, une collectivité, une entreprise, une administration, un

service d'une entreprise ou d'une administration.

Un besoin peut être exprimé, latent ou potentiel. Dans tous les cas, il constitue le besoin à

satisfaire.

Un produit est ce qui est ou sera fourni à l'utilisateur pour répondre à un besoin.

L'Analyse du Besoin est une méthode qui permet de caractériser le besoin exprimé par un client

potentiel. L’analyse du besoin se fait en trois étapes :

II.2 Recherche du besoin fondamental

La réponse a ses questions

élémentaires permet se situer rapidement le

besoin, c'est-à-dire l’objectif fondamental

du produit et par conséquent l’objectif de

l’étude de ce produit.

On pourra utiliser le formalisme de l’outil

«bête à cornes» pour le produit à étudier.



On peut alors écrire :

Le produit rend service au client en agissant sur la matière d’oeuvre pour satisfaire le besoin.

II.3 Validation du besoin

La validation du besoin est une phase d’étude qui consiste à vérifier si le besoin, tel qu’il a été défini,

ne risque pas d’être modifié ou annulé à plus ou moins long terme.

On pose les question suivantes :

Pourquoi le produit existe-il ? (cause, origine, ... ).

Pourquoi ce besoin existe-il ? (finalité, but, ... ).

Qu’est ce qui pourrait le faire évoluer ?.

Qu’est ce qui pourrait le faire disparaître ?.

Exemple : Pince à linge

Contrôle de validité des besoins.

Pourquoi le produit existe-il ?.

- Parce que le linge ne peut tenir seul sur le fil si l’on veut un séchage accéléré.

Pourquoi ce besoin existe-il ?.

- Pour retenir le linge soumis à son propre poids+humidité et à la force du vent.


- La nature des matériaux utilisés.

- Le concept de pincement du linge par deux efforts égaux et directement opposés.


- La généralisation du sèche-linge chez les particuliers.

- Le retour à l’étendage sur prairie (influences écologiques).

- La suppression du lavage, donc du séchage du linge par l’utilisation de linge à usage

unique.

A qui rend-il service ? Sur quoi agit-il ?

PINCE A LINGE

Au système de

séchage par étendage

Linge posé sur

le fil

Pour permettre au linge de tenir

seul sur le fil.

Dans quel but le produit existe-il ?



III. L'analyse fonctionnelle externe d'un produit

L'analyse fonctionnelle externe, décrit le point de vue de l'utilisateur et ne s'intéresse au produit

qu'en tant que "boite noire" capable de fournir des services dans son environnement durant son cycle

d'utilisation.

Cette étude consiste à analyser le besoin auquel devra répondre le produit, les fonctions de service qu'il

devra remplir, les contraintes auxquelles il sera soumis et à caractériser ces fonctions et ces

contraintes. C'est la base de l'élaboration du Cahier des Charges Fonctionnel

Globalement, cette analyse consiste à :

- Rechercher : déterminer et identifier les fonctions du produit ;

- Ordonner : distinguer les différentes fonctions ;

- Caractériser : énoncer les critères d’appréciation de ces fonctions ;

- Hiérarchiser : évaluer l’ordre d’importance des fonctions retenues ;

- Valoriser : donner une valeur à chaque fonction.

III.1 Recherche des éléments du milieu extérieur

Cette étape consiste à faire l’inventaire de tout ce qui peut influencer notre système dans son

environnement extérieur. Voici quelques pistes de recherche :

Les personnes (utilisateurs potentiels, normes, maintenance, visibilité, …).

Les équipements (le sol, l’implantation, le plafond, l’énergie, technologie utilisé, …).

La matière (entrées et sorties des matières, des fluides ou des dispositifs, les copeaux, huiles

usées, …).

L’environnement (poussière, chaleur, autres machines, retraitements des déchets)

L’estime (coûts, esthétisme, fiabilité, simplicité,modularité, …).

Les éléments de l’environnement du

produit (EME) identifiés sont alors

présentés sur un graphique circulaire,

appelé aussi «diagramme pieuvre» ou

« diagramme des interacteurs ».

III.2 Recherche fonctions de services

Fonction de service = action attendue du

produit pour répondre au besoin et exprimée

en terme de finalité, de façon précise et

mesurable.

Elles sont exprimées par un verbe à l’infinitif

traduisant l’action ou la réaction du produit par

rapport au milieu extérieur.

Elle apparaît sur le diagramme des interacteurs

sous forme d’une ligne de liaison entre le produit

et un ou des milieux environnants.



On distingue alors les fonctions de service qui sont soit :

- des Fonctions Principales (FP) qui sont l’expression même du besoin. Chaque FP doit être

représentée par une relation entre au moins deux milieux extérieurs (satellites) via le produit (pole

central) ;

- des Fonctions Contraintes (FC) qui représentent les actions ou/et les réactions du produit par rapport

au milieu extérieurs. Chaque FC doit être représentée par une relation entre le produit (pole central) et

un milieu extérieur (satellite).

Exemple : Valve de vélo, point de vue "concepteur"

III.3 Valider les fonctions de service

Il s’agit de s’assurer du bien fondé et de la stabilité de chacune des fonctions de service en répondant

aux questions suivantes :

Pourquoi le produit existe-il ? (cause, origine, ... ).

Pourquoi ce besoin existe-il ? (finalité, but, ... ).





III.4 Valorisation et quantification des fonctions

C'est la caractérisation des fonctions qui constitue le noyau du cahier des charges fonctionnel. Cette phase

doit exprimer les performances attendues par l'utilisateur de chacune des fonctions de service. Pour cela,

il faut définir pour chaque fonction de service des critères d'appréciation. Ces critères permettent

d'apprécier la manière dont une fonction doit être respectée.

Ces critères sont formulés de façon à faire apparaître le niveau d'exigence souhaité par l'utilisateur.

Chaque niveau doit être affecté d'une indication de flexibilité.

Exemple : Valve de vélo, point de vue "concepteur"

IV. L’analyse fonctionnelle interne d'un produit

L’analyse fonctionnelle interne privilégie le point de vue du concepteur, chargé de construire un produit

réel à partir d’un cahier des charges donné. Elle propose une décomposition conduisant de l’expression

fonctionnelle du besoin à la définition des solutions constructives.

Elle peut être utilisée pour des finalités :

– en phase d’analyse de l’existant (pour l’optimisation d’une solution constructive), comme un outil de

description et de mise en correspondance des solutions constructives avec les fonctions techniques

qu’elles réalisent, dans une logique de réponse aux questions « quelle fonction technique a satisfait

cette solution constructive ? », « à quoi sert cette solution constructive ? », c’est le « pourquoi faire » ;

– en phase de conception, comme un outil d’aide à la recherche puis la validation de solutions, dans

une logique de réponse aux questions « quelle solution constructive peut satisfaire cette fonction

technique ? », « comment réaliser cette fonction technique ? », c’est le « comment faire ».

Pour déterminer ou optimiser des solutions constructives, cette analyse utilise deux outils de description :

le diagramme FAST (Functional Analysis System Technic),

le diagramme SADT (System Analysis Design Technic).



IV.1 Méthode FAST (Function Analysis System Technic)

Pour rechercher le maximum de solutions : Il est nécessaire de procéder à une recherche progressive et

descendante des fonctions techniques a partir de chacune des fonctions de service.

L'outil permettant de réaliser de visualiser cet enchainement s'appelle le F.A.S.T. signifiant : Function

Analysis System Technic, que l'on peut traduire par : Technique d'Analyse Fonctionnelle et

Systematique.

Le modèle F.A.S.T. se présente sous forme d'un arbre fonctionnel établi à partir de la fonction globale

ou d'une fonction de service, en s’appuyant sur la technique interrogative suivante :

Pourquoi ? Cette fonction doit-elle être assurée ? Comment ? Quand ?

Pourquoi ? Cette question concerne la fonction précédente, la réponse commence par "pour ".

Quand ? Cette question s'applique a une ou des fonctions situées au même niveau. La réponse

commence par "si simultanément ".

Comment ? Cette question s'adresse a la fonction suivante, la réponse commence par "en".

Les réponses a ces questions permettent de décomposer en plusieurs niveaux la fonction étudiée. Le

dernier niveau fait apparaitre des fonctions techniques auxquelles on associe des solutions

technologiques

Exemple : FAST relatif à la cinématique d’un système vis-écrou.



Exemple : La pompe a pied

La pompe a pied figure ci-contre permet d'emmagasiner dans une enceinte fermée un fluide (air) sous

une pression maximale de 6 bars.

L’analyse fonctionnelle externe a permis d’aboutir au diagramme suivant :

Diagramme des interacteurs

Cahier des charges fonctionnel

Diagramme F.A.S.T. relatif à la fonction FP:



IV.2 Analyse fonctionnelle descendante - Méthode SADT (Structured Analysis for Design and Technic)

Elle reprend le principe précédant mais utilise des règles et un formalisme plus complexe. Ce type

d’analyse, de décomposition fonctionnelle permet de modéliser et de décrire graphiquement des systèmes

techniques. On procède par analyses successives descendantes, c’est à dire en allant du plus général vers

le plus détaillé en fonction des besoins.

On part de l’expression du besoin (diagramme bête à cornes) définissant la matière d’oeuvre et la fonction

globale du système.

On représente le système sous forme de boîte (actigramme A-0), de la manière suivante :

Fonction d’un système. Une fonction d’un système est caractérisée par une action sur des matières d’œuvre, ou entrées.

Les termes d’une fonction seront du type “Faire sur les entrées pour produire de la valeur

ajoutée*”.

Données d’entrée.

Les données d’entrée, ou entrées, sont les matières d’œuvre** modifiées par la fonction du

système.

Données de sortie. Ce sont principalement les matières d’œuvre munies de leur valeur ajoutée.

Données de contrôle ou contraintes .

Ce sont les paramètres qui déclenchent ou modifient la réalisation d’une fonction.

Ces paramètres, ou données de contrôle se classent en quatre catégories : données de contrôle

énergétiques (W) ; données de contrôle d’exploitation (E) ; données de contrôle de

configuration (C) ; données de contrôle de réglage (R).

Supports de l’activité. Ce sont les éléments physiques ou technologiques qui réalisent la fonction.

Développement hiérarchique. Le bloc fonctionnel de plus haut niveau représente la finalité du système technique. Il est

appelé bloc mère et noté A-0. Chaque bloc de niveau inférieur (blocs filles) définit les sous-

fonctions du système ainsi que leurs relations, leur agencements dans le système.

** : matière d’œuvre (MO) = Elément d’entrée sur lequel le système agit.

Sur quoi le système agit-il ?

* : valeur ajoutée (VA) = Valeur supplémentaire apportée à la matière d’œuvre après passage dans le système.

Valeur ajoutée = Matière d’œuvre état sortant - Matière d’œuvre état entrant



Si le diagramme « enfant » du niveau A0 n’est pas suffisant pour percevoir le système, on procède à une

nouvelle décomposition pour analyser plus en détail certaines des boîtes de ce diagramme.

Exemple : SADT du sécateur électronique PE20



V. Définitions normalisées

L’analyse fonctionnelle fait appel à un vocabulaire normalisé qu’il faut maîtriser pour éviter toute

confusion (se reporter aux normes AFNOR NF EN 1325 et NF X 50-150 -> 153).

BESOIN = Nécessité ou désir éprouvé par un utilisateur

CONTRAINTES = Limitation à la liberté de choix du concepteur/réalisateur d’un produit. Les contraintes

viennent de l’environnement, de la technologie, du marché, de la situation et des choix de l’entreprise.

Elles dépendent du lieu, et évoluent au cours du temps

INTERACTEURS = Les fonctions de service d’un produit sont les relations de ce dernier avec les

éléments de son environnement extérieur. Ces éléments sont appelés « interacteurs »

PRODUIT = Correspond à ce qui est ou sera fourni à un utilisateur pour répondre à son besoin

FONCTIONS = Actions d’un produit ou l’un de ses constituants exprimées exclusivement en terme de

finalité.

On distinguera divers types de fonctions :

o Fonction de service : action attendue d’un produit (ou réalisée par lui) pour répondre

à un élément du besoin d’un utilisateur donné

o Fonction technique : Action interne au produit (entre ses constituants) choisie par le

concepteur/réalisateur, dans le cadre d’une solution pour assurer des fonctions de

service. Une fonction technique répond à un besoin technique du concepteur/réalisateur

et peut être ignorée de l’utilisateur final du produit

CYCLE D’UTILISATION = Lorsque dans les situations successives de son cycle d’utilisation, un produit

est situé dans des environnements différents et (ou) doit assurer des services différents, l’énoncé du besoin

sera facilité par des analyses distinctes à ces différentes phases, correspondant en fait à des « utilisations »

ou des utilisateurs différents. Exemple : Dans le cas d’un verre, on peut distinguer 3 phases, à savoir

l’utilisation pour boire, son lavage et son rangement

SOLUTION TECHNIQUE = La solution technique est ce qui est proposé par le concepteur pour réaliser

une fonction

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