1. Généralités

Un modèle est une représentation abstraite et simplifiée de la réalité. Un produit ou système peut être représenté par différents modèles basés sur différentes vues. Un bon modèle devra véhiculer les caractéristiques importantes et représenter de manière concise les éléments pouvant être considérés comme un peu important au niveau d’abstraction considéré.
Un formalisme de modélisation est une représentation de connaissances à communiquer sans ambiguïté. Il permet de construire des modèles selon des concepts associés. On trouve la base théorique, des formalismes de modélisation dans la théorie des graphes, la théorie des langages et structures logiques, etc. Les formalismes de modélisation utilisés pour modéliser des systèmes de production sont souvent associés à des outils graphiques.
Dans la modélisation, nous distinguons les modèles de structuration et les modèles de simulation :
- Les modèles de structuration définissent les concepts de base, les éléments et les liaisons entre ces éléments d’un point de vue statique
- Les modèles de simulation représentent les concepts définis précédemment et font intervenir le temps : ils prennent en considération l’évolution dynamique du modèle.

1.1. Notion de "Système"

Définition :

Un système technique est un ensemble d’éléments fonctionnels en interaction organisés en fonction d’une finalité ou d’un but.
Un système (produit en général) répond à un besoin éprouvé par l’utilisateur (l’homme).

La compréhension du fonctionnement des systèmes de production complexes ne se réduit pas à une simple approche matérielle (inventaire des composants, …).
Tout système peut être appréhendé selon trois approches complémentaires :
- une approche fonctionnelle formalisée des activités
- une approche fonctionnelle temporelle des événements (processus)
- une approche matérielle, un inventaire des moyens techniques : schémas, dessins techniques, documentation constructeur...

Figure 1 : Méthodologie de l'approche système

a) Le système technique élémentaire ou manuel
Le store (figure 2) est manœuvré par l’opérateur qui utilise son énergie musculaire pour monter et descendre le store. C’est l’usager qui décide en fonction de la présence du soleil de conduire cette action.
Dans un système élémentaire ou manuel c’est l’homme qui fournit l’énergie nécessaire au système.

b) Le système technique mécanisé
Le store (figure 3) est manœuvré par un moteur électrique. L’homme n’agit plus directement sur le produit mais commande le moteur par l’intermédiaire d’un interrupteur. C’est l’usager qui décide encore de monter ou de descendre le store.
Dans un système mécanisé, l’énergie nécessaire à la transformation du produit est fournie par une source extérieure. L’homme commande la succession des opérations.

c) Le système technique automatisé
L’énergie nécessaire au déplacement du store (figure 4) est fournie par un moteur électrique, mais c’est le système qui commande en fonction des conditions climatiques d’abaisser ou de monter le store.
Dans un système automatisé, l’énergie nécessaire à la transformation du produit est fournie par une source extérieure. Un « automate » dirige la succession des opérations. L’homme surveille le système et peut dialoguer avec lui par l’intermédiaire d’un « pupitre ».

Les Systèmes mécaniques :
Un système mécanique est un produit ou un bien d’équipement dont la structure fait appel à des mécanismes comprenant entre autres des systèmes de guidages linéaires ou en rotation qui servent à produire ou à capter le mouvement d’éléments extérieurs à l’équipement. Ces mécanismes comprennent des pièces très diverses en matières métalliques et de plus en plus fréquemment en matériaux de synthèse. Ces mécanismes sont actionnés manuellement ou par des actionneurs à énergie électrique, pneumatique, hydraulique. Les actionneurs et les déplacements des éléments peuvent être contrôlés ou pilotés par des asservissements utilisant des technologies issues des secteurs mécaniques, électriques, électroniques, hydrauliques, pneumatiques.
Les systèmes mécaniques sont de plus en plus constitués d’une association plus ou moins complexe de différentes technologies issues des domaines mécaniques, hydrauliques, pneumatiques, électriques et électroniques.

1.2. Notion de "Produit"

Le terme produit est un concept général dont l'emploi et la signification diffèrent selon le contexte. Ainsi, ce terme peut faire référence soit à des objets virtuels (le produit qui figure dans un catalogue) soit à des objets physiques (le produit livré au client). Par ailleurs, cette différentiation peut également exister selon le métier de l’entreprise considérée. On parle de produit, d'exemplaire de produit, de produit générique, de famille de produits, de produit spécifique, de produit de base, de produit modèle, etc..
Nous retenons trois niveaux de produit (Figure 4) : le produit-physique, le type-produit et le produit-générique. Le type-produit, ainsi que le produit-générique (quand il existe) constituent des spécifications du produit à fabriquer. Ce sont des produits résultant du processus d'ingénierie. Le produit-physique par contre est le résultat du processus de production; c'est un produit matériel qui peut être plus au moins différent du produit théorique (selon les conditions dans lesquelles il a été fabriqué).
- Le produit générique présente un ensemble d'options et de variantes (un produit virtuel), il est possible d’avoir plusieurs niveaux de raffinement dans la définition du produit virtuel avant d’arriver à un produit virtuel réalisable.
- Le type-produit est un sous-ensemble du produit générique décliné de celui-ci par la mise en œuvre d'un certain choix d'options et de variantes réalisables et compatibles entre elles
- Le produit-physique est obtenu par la réalisation physique d'un type-produit avec un choix particulier entre variantes. Nous supposons que le type-produit peut présenter un ensemble de variantes interchangeables parmi lesquels un choix est à faire lors de la fabrication. Pour instancier le type-produit vérin hydraulique double effet, cela implique le choix des dimensions du diamètre du piston de la longueur de la tige, de la course du piston et du mode de fixation du vérin.

1.3. La modélisation : concepts et historique

1.3.1. Concepts

La modélisation s'appuie sur un (ou plusieurs) modèle(s). Le modèle est une représentation abstraite de la réalité au sens où il simplifie cette réalité en vue d'une utilisation précise, pour n'en conserver que les caractéristiques intéressantes par rapport au contexte ou au domaine dans lequel on se trouve. Le modèle est donc une vue subjective mais pertinente de la réalité. Il permet de simuler le fonctionnement de l'élément étudié. Les modèles fournissent également des canevas guidant la construction d'un système, et permettant de le documenter.
La modélisation et les modèles sont des aides à l'élaboration et à la structuration des idées, un support au raisonnement. En effet, les facultés de compréhension de l'homme ont leurs limites face à la complexité ; or, en restreignant le problème étudié, la modélisation permet de se concentrer sur un seul aspect à la fois. Cette technique facilite également les échanges entre personnes différentes en donnant une vision " externalisée " de l'objet étudié.
Modélisation et modèles sont utilisés depuis de nombreuses années dans des domaines variés : l'informatique, bien sûr, pour les systèmes d'information, mais également l'économie, les mathématiques ou l'architecture par exemple.
Plusieurs facteurs modifient considérablement le contexte de développement des systèmes d'information documentaire (SID) : leur ouverture vers d'autres systèmes, documentaires ou non documentaires (gestion des droits par exemple), la complexité et la grande variété des usages, des ressources et des acteurs à prendre en compte, le passage de la notion de document à celle d'objet d'information numérique. Ils constituent une rupture dans les techniques utilisées, malgré une continuité et un élargissement des missions des professionnels de l'information-documentation.
Ce contexte nous amène aujourd'hui à considérer la modélisation comme indispensable dans nos démarches de conception des SID.

1.3.2. Historique

La modélisation est très pratiquée dans le secteur des systèmes d'information, mais les modèles utilisés sont nombreux et ont fortement évolué au fil du temps ; ce qui ne facilite pas l'extension de leurs usages. On peut distinguer quatre approches différentes correspondant à quatre grandes périodes.
* L'approche cartésienne des années soixante-dix, avec les méthodes SADT ou Data-Flow par exemple. Elle s'appuie sur l'analyse des fonctions que doit remplir le système ; son approche est hiérarchique, du général au spécifique. Malgré la simplicité de cette méthode, la parcellisation de l'analyse centrée sur les fonctions engendre des redondances sur les données, celles-ci n'étant pas prises en compte dans ce modèle.
* L'approche systémique, développée dans les années quatre-vingt, s'inspire quant à elle de la théorie systémique des organisations, combinée à une approche conceptuelle. Ici la modélisation est abordée selon deux points de vue complémentaires : les données et les traitements. La méthode Merise, très employée en France, entre dans cette catégorie. Ici, le modèle conceptuel des données (MCD) organise l'analyse suivant le couple entité/relation. L'entité décrite par des attributs ou propriétés est la représentation de l'existant analysé.
Cette méthode assure une plus grande cohérence des données traitées grâce au principe de non-redondance, mais la séparation nette entre le modèle des données et celui des traitements peut faire apparaître des défauts dans la représentation de la réalité étudiée, en particulier par la non-prise en compte des aspects dynamiques.
* L'approche objet s'est développée dans les années quatre-vingt-dix, d'abord dans le domaine de la programmation, puis dans celui de la conception et de l'analyse des systèmes. La volonté était de modéliser un système tout à la fois d'un point de vue structural, fonctionnel et dynamique, en partant d'un travail d'abstraction. Le formalisme de cette approche ressemble fort à celui des méthodes systémiques, mais ici tout est objet, et l'aspect dynamique de la vie des objets revêt un caractère décisif. Pour limiter les ambiguïtés et faciliter l'analyse, ces démarches comportent à la fois un langage commun permettant de représenter des concepts (vocabulaire) et des règles (grammaire).
* L'approche UML : un grand nombre de modèles différents existants (plus de cinquante) constitue un frein au développement de cette approche. C'est pourquoi les concepteurs de trois méthodes objets ont proposé en 1994 un " langage de modélisation unifié ", fondé sur l'approche objet : l'UML (Unified Modelisation Language). Il est devenu un standard international en 1997.
L'approche objet, en rupture avec les approches procédurales plus traditionnelles, et le processus d'abstraction en amont du travail de formalisation peuvent être mis en œuvre quels que soient les outils de développement choisis. C'est la force de ce processus de modélisation.

Modèle Produit
Un modèle de produit est une représentation sémantique de l’information géométrique et technologique attachée à un produit technologique.

Produit manufacturé
Un produit manufacturé est un assemblage structurel d’une ou de plusieurs fonctions élémentaires, destinées à satisfaire un besoin exprimé dans un cahier des charges fonctionnel. Ce peut être une pièce ou un assemblage de plusieurs pièces.

L’analyse d’un processus de conception d’un produit fait apparaître une manipulation à différents niveaux dont les principaux pourraient être : le fonctionnel, le structurel, le volumique, le technologique et le comportemental (tableau 1).

Niveaux	Objets	Entités
Fonctionnel	Fonctions à remplir par l’objet Flux fonctionnels	Liaisons fonctionnelles Surfaces Fonctionnelles
Structurel	Décomposition des ensembles Position des ensembles	Objets technologiques Positions Architecture
Volumique	Définition géométrique Caractérisation des matériaux	Géométrie/Aménagements Matériaux Paramètres Surfaces géométriques
Technologique	Mode de fabrication Mode d’assemblage Tolérances Traitements	Procédés Assemblage Traitements Propriétés technologiques
Comportemental	Caractérisation des phénomènes physiques	Comportement Etat fonctionnel Paramètre

Tableau 1 : Les différents niveaux d'analyse

1.3.3. L’utilité d’un modèle

Tout modèle doit être conçu dans le but de :
- comprendre la structure et le fonctionnement d'un mécanisme
- prévoir ses comportements et ses performances
- reconcevoir / fiabiliser les solutions technologiques (robustesse)
- choisir la (ou les) meilleure(s) solutions de conception
- justifier les choix de dimensionnement, de structure selon des critères appropriés
- bâtir une vision commune du fonctionnement du système et la faire partager.

Pour modéliser un système, la majorité des méthodes proposées se basent sur une notation ou un ensemble de diagrammes permettant de représenter le Système d’Information (SI) à développer selon différentes "vues" ou "axes de modélisation" :

- Structurel (aspect statique du système étudié : ce qu'est le système - les données),

- Comportemental (aspect dynamique du système étudié : comment se comporte le système – les processus et les transformations sur les données) et

- Fonctionnel (architecture du système étudié : ce que fait le système - les activités).

Cette modélisation se fait progressivement, par niveau de préoccupation, selon différents "niveaux d'abstraction". La méthode Merise propose ainsi quatre niveaux d'abstraction : le niveau conceptuel (description des entités du SI et des processus métiers agissant sur ces entités : données et traitements), le niveau organisationnel (qui agit sur quelles données, de quelle façon et où - il conduit à faire émerger le système informatique du système d'information), le niveau logique (architecture d'application – modélisation du système informatique) et le niveau physique (l'outil informatique).

 

Ressources : Modélisation (zip - 934 ko) :