Conception des systèmes automatiques : du besoin au dimensionnement justifié
Le domaine Conception des systèmes automatiques vérifie que vous savez transformer un besoin en une solution technique argumentée : analyse du besoin, chaîne d'énergie et chaîne d'information, choix et dimensionnement des constituants, prise en compte de la sécurité fonctionnelle. Les questions portent rarement sur une définition isolée ; elles demandent de justifier un choix par un calcul ou par une exigence du cahier des charges.
Formaliser le besoin
- Le cahier des charges fonctionnel (CdCF) liste les fonctions de service et les fonctions de contrainte, chacune avec un critère d'appréciation et un niveau (valeur cible et tolérance).
- En SysML, le diagramme des exigences relie chaque exigence à un identifiant (
Req-01), à sa valeur et aux éléments qui la satisfont : c'est la traçabilité attendue. - SADT/A-0 et FAST décomposent la fonction globale en fonctions techniques ; ils ne remplacent pas le CdCF, ils le structurent.
Chaîne d'énergie, chaîne d'information
La chaîne d'énergie se lit alimenter → distribuer → convertir → transmettre ; la chaîne d'information acquérir → traiter → communiquer. Pour chaque bloc, on identifie le constituant (sectionneur, contacteur, variateur, moto-réducteur, codeur, API, IHM) et sa grandeur caractéristique (courant, couple, débit, résolution).
Dimensionner : la méthode
On part de l'effort résistant, on en déduit le couple ou la poussée, puis la puissance utile, puis la puissance absorbée en divisant par le rendement de la transmission ; on applique enfin un coefficient de service avant de choisir la référence catalogue immédiatement supérieure.
Exemple raisonné
Convoyeur à bande horizontal : masse 200 kg, vitesse 0,5 m/s, coefficient de frottement 0,1, rendement de transmission 0,8, coefficient de service 1,5.
- Effort résistant : F = m·g·f = 200 × 9,81 × 0,1 = 196 N.
- Puissance utile : P = F·v = 196 × 0,5 = 98 W.
- Puissance mécanique au moteur : 98 / 0,8 = 123 W.
- Puissance de dimensionnement : 123 × 1,5 = 184 W, soit un moteur de 0,25 kW. Le couple sur un tambour de 200 mm de diamètre vaut C = F·r = 196 × 0,1 = 19,6 N·m : il faut vérifier le couple nominal du réducteur, pas seulement la puissance.
Pièges qui coûtent des points
- Confondre puissance utile et puissance absorbée, ou oublier le rendement.
- Choisir le moteur sur la puissance utile sans coefficient de service.
- Écrire « catégorie 3 » là où l'on attend un niveau de performance d (PL d) : ce sont deux notions distinctes de l'ISO 13849-1.
- Proposer une architecture redondante sans préciser comment les défauts sont détectés (test cyclique, auto-contrôle, diversité).