Le GRAFCET

Le Grafcet, un sujet abordé en BEP, et dont le seul objectif est la réussite à une question posée en examen...
En effet, cet outil (issu de la productique) n'a jamais été utilisé en réparation automobile, et ne le sera sans doute jamais, contrairement aux organigrammes, chronogrammes, etc. mieux adaptés à une activité de maintenance.
M'enfin...

DESCRIPTION D'UN SYSTEME AUTOMATISE

Un système automatisé se décompose en deux parties interdépendantes :
- La partie opérative est le processus physique à automatiser
- La partie commande est l'automatisme qui, en fonction des "ENTREES" (informations externes venant de la partie opérative, consignes extérieures, etc.) élabore en "SORTIE" des ordres externes destinés à la partie opérative ou à des éléments extérieurs.

Exemple : système automatisé


Les représentations
Les spécifications techniques que doit satisfaire la partie commande d'un système automatisé peuvent être réparties en trois groupes principaux de représentations :
- Les représentations relevant des SPECIFICATIONS FONCTIONNELLES qui correspondent aux fonctions devant être assurées par l'automatisme. Elles caractérisent donc les comportements que doit avoir la partie commande face aux informations issues de la partie opérative, de l'opérateur ou d'autres parties commandes.
- Les représentations relevant des SPECIFICATIONS OPERATIONNELLES qui correspondent, aux performances globales de l'automatisme, aux contraintes de sûreté, à l'absence de pannes dangereuses, à la facilité de maintenance, aux modes de marche et d'arrêts ou au dialogue homme-machine.
- Les représentations relevant des SPECIFICATIONS TECHNOLOGIQUES qui tiennent compte de la technologie utilisée tant pour la partie opérative que pour la partie commande.
Chacun de ces groupes peut être représenté à plusieurs niveaux progressif de détails : le fonctionnement de la partie commande pouvant être décrit plus ou moins finement et commencer par une "macro-représentation" pour s'affiner ensuite peu à peu jusqu'au niveau de détail complet où toutes les actions et informations élémentaires sont prises en compte.
LE GRAFCET ne considère que l'aspect FONCTIONNEL des représentations des comportements de la partie commande.

Le GRAFCET
Le diagramme fonctionnel "GRAFCET" décrit tout système dont les évolutions peuvent s'exprimer séquentiellement, c'est-à-dire dont la décomposition en étapes est possible.
Le GRAFCET peut être aussi utilisé pour la description de processus combinatoire en donnant, de l'automatisme de commande, une description séquentielle plus facilement analysable et compréhensible.
Ce diagramme fonctionnel emploie un nombre restreint de symboles simples et possède des règles spécifiques d'utilisation. En conséquence, ces symboles ne figurent pas dans les Normes de Symboles Graphiques pour schémas (NF C03 100)/

DEFINITIONS

Une ETAPE caractérise un comportement invariant d'une partie ou de la totalité de la partie commande.
A un instant donné et suivant l'évolution du système :
- une ETAPE est soit ACTIVE soit INACTIVE
- l'ensemble des ETAPES ACTIVES définit la SITUATION de la partie commande.

ACTIONS ASSOCIEES A L'ETAPE
Une ou plusieurs ACTIONS élémentaires ou complexes peuvent être associées à une ETAPE. Elles traduisent "ce qui doit être fait" chaque fois que l'étape à laquelle elles sont associées est ACTIVE.
Ces ACTIONS peuvent être externes (SORTIES), ou internes (lancement de temporisations, comptage, etc.).
Les SORTIES de la partie commande correspondent aux ordres émis vers la partie opérative ou vers les éléments extérieurs.
Une étape ne comportant aucune indication d'action peut correspondre à un comportement d'attente d'un événement externe (changement d'état d'une entrée par exemple) ou interne (activation d'une autre étape, fin d'une temporisation, etc.).

TRANSITION
Une TRANSITION indique la possibilité d'évolution entre étapes.
Cette évolution s'accomplit par le FRANCHISSEMENT de la TRANSITION.
Le franchissement d'une transition provoque le passage de la partie commande d'une situation à une autre situation.

Une TRANSITION est soit VALIDEE soit NON VALIDEE.
Elle est dite VALIDEE lorsque toutes les étapes immédiatement précédentes reliées à cette transition sont actives.

RECEPTIVITE ASSOCIEE A LA TRANSITION
A chaque TRANSITION est associée une proposition logique appelée RECEPTIVITE qui peut être soit VRAIE soit FAUSSE.
Parmi toutes les informations disponibles à un instant donné, la RECEPTIVITE regroupe uniquement celles qui sont nécessaires au franchissement de la transition.
Cette proposition logique est fonction d'informations externes (ENTREES) ou internes (états de compteurs, de temporisateurs, état actifs ou inactif d'autres étapes).

Les ENTREES de la partie commande correspondent aux informations externes provenant de la partie opérative ou des consignes données par l'opérateur ou des informations d'autres systèmes.

LIAISONS ORIENTEES
Les LIAISONS ORIENTEES relient les ETAPES aux TRANSITIONS et les TRANSITIONS aux ETAPES.
Elles indiquent le SENS des évolutions.

REPRESENTATIONS GRAPHIQUES

ETAPES

ETAPE :
Se représente par un carré repéré à la partie supérieure.
Exemple : Etape 1.
ENTREE ET SORTIE D'UNE ETAPE :
L'entrée d'une étape est figurée à la partie supérieure et la sortie à la partie inférieure de chaque symbole.
Exemple : entrée et sortie de l'étape 2.
ETAPE ACTIVE :
S'il est nécessaire de préciser la situation du GRAFCET à un instant donné il est commode de repérer toutes les étapes actives à cet instant en plaçant un point dans la partie inférieure des symboles des étapes concernées.
Exemple : étape 3 active
ETAPE INITIALE :
Se représente en doublant les côtés du carré du symbole d'étape correspondant.
Exemple : étape initiale 4
EXTENSION DES ENTREES ET DES SORTIES D'UNE ETAPE :
Lorsque plusieurs transitions sont reliées à une même étape, les liaisons orientées correspondantes sont regroupées en amont ou en aval de l'étape.
Exemples (a) et (b) : extension des entrées de l'étape 6.

Exemples (c) et (d) : extension des sorties de l'étape 7

Exemple (e) : extension des entrées et des sorties de l'étape 8

L'ensemble du carré et de l'extension des entrées ou des sorties constitue alors le symbole complet de l'étape (partie grisée sur les exemples).

ACTIONS ASSOCIEES AUX ETAPES

Les ACTIONS sont décrites de façon littérale ou symbolique à l'intérieur d'un ou de plusieurs rectangles reliés au symbole de l'étape à laquelle elles sont associées.

Action associée à l'étape 9 :
Avance du chariot 1

Note 1 : Lorsque les actions sont décrites sous forme symbolique, un tableau récapitulatif doit indiquer la correspondance entre chaque symbole utilisé et l'action à exécuter.
Le tableau doit indiquer
YVl : Avance du chariot 1.
Note 2 : Plusieurs actions associées à une même étape peuvent être disposées de différentes façons et les exemples ci-contre représentent des formes équivalentes de représentation de trois actions A, B et C associées à la même étape.

Note 3 : Les actions peuvent également être indiquées dans un tableau placé sur la même feuille que le GRAFCET. Afin d'assurer une corrélation visuelle directe, la ou les actions doivent être inscrites à la même hauteur que le symbole de l'étape avec un trait assurant une liaison entre l'étape et les actions associées.
Aucune action ne doit alors être inscrite sur le GRAFCET.


TRANSITIONS

Une TRANSITION entre deux étapes se représente par une barre perpendiculaire aux liaisons orientées.
Pour faciliter la description du GRAFCET chaque transition peut être repérée de préférence à gauche de la barre.

Transition (1) reliant l'étape 10 en amont à l'étape 11 en aval.

Lorsque plusieurs étapes sont reliées à la même transition, les liaisons orientées correspondant à ces étapes soit regroupées en amont ou en aval sur deux traits parallèles horizontaux.
La signification de ces deux traits parallèles est donnée dans les Normes NFZ 6701O réf. 3.3.2/ISO 1028 réf. n°26.

Transition (2) reliant l'étape 12 en amont aux trois étapes en aval 13, 23 et 33.
Transition (3) reliant les trois étapes en amont 18, 34 et 45 à l'étape 19 en aval.
Transition (4) reliant les trois étapes en amont 14, 28 et 35 aux quatre étapes en aval 15, 29, 36 et 46.

L'ensemble de la barre et des traits parallèles constitue alors le symbole complet de la transition (partie grisée sur les exemples).

RECEPTIVITES ASSOCIEES AU TRANSITIONS

La RECEPTIVITE est inscrite, de façon littérale ou symbolique, de préférence à droite du symbole de transition.

Ecriture littérale de la réceptivité associée à la transition (5)
Ecriture symbolique de la réceptivité associée à la transition (6)

Note 1 : Lorsque la réceptivité est écrite sous forme symbolique un tableau récapitulatif doit indiquer la correspondance entre chaque symbole utilisé et l'information correspondante.
Ainsi pour, l'exemple, le tableau doit indiquer :
SQ2 : position haute des pinces
SQ6 : portique 1 sur machine
SQ1O : ancre fermée

Note 2 : Lorsqu'il n'y a pas de condition associée à une transition, la réceptivité est dite "toujours vraie" et notée "= 1".

Note 3 : Si l'imprimante ou la console de visualisation ne permet pas l'utilisation du surlignage, la notation "a" (complément de "a") peut être remplacée par "/a".
Pour l'exemple : /SQ10.(SQ2 + SQ6)
La réceptivité associée à la transition (7) est toujours vraie.

LES REGLES D'EVOLUTION DU GRAFCET

Ces règles, au nombre de cinq, signalent la définition du modèle graphique interprété qu'est le GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande Etape/Transition).

Régle 1 : Situation initiale :
La SITUATION INITIALE du GRAFCET caractérise le comportement initial de la PARTIE COMMANDE (PC) et correspondant aux étapes actives au début du fonctionnement de la PC.

Règle 2 : Franchissement d'une transition :
L'évolution de la situation du GRAFCET correspond au FRANCHISSEMENT d'une transition, ne peut se produire :
QUE lorsque cette transition est VALIDEE ;
ET QUE lorsque la RECEPTIVITE ASSOCIEE à cette transition est VRAIE.
Lorsque ces deux conditions d'évolution sont réunies, la transition devient FRANCHISSABLE et est alors OBLIGATOIREMENT FRANCHIE.

Règle 3: Evolution des étapes actives :
Le franchissement d'une transition provoque SIMULTANEMENT :
La désactivation de TOUTES les étapes immédiatement précédentes reliées à cette transition ;
Et l'activation de TOUTES les étapes immédiatement suivantes à cette transition.

Règle 4 : Evolutions simultanées :
Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.

Règle 5 : Activation et désactivation simultanée :
Si, au cours du fonctionnement de l'automatisme, une même étape doit être simultanément activée et désactivée, elle reste ACTIVE.

REPRESENTATION D'UN PROBLEME D'AUTOMATISME

Organisation des niveaux de représentation :
On distingue 3 niveaux de POINT DE VUE.

Point de vue SYSTEME ou PROCEDE :
C'est le point de vue d'un observateur extérieur au système qui peut, éventuellement, ne pas avoir d'existence physique.
La description reste très abstraite et porte essentiellement sur l'évolution de la VALEUR AJOUTEE aux MATIERES D'OEUVRE, c'est-à-dire sur le PROCEDE.
Point de vue PARTIE OPERATIVE :
L' observateur, pour ce point de vue, s'implique dans le bon fonctionnement de la PARTIE OPERATIVE (PO).
Son objectif est de décrire de, manière événementielle, le comportement attendu de la PC pour obtenir les EFFETS souhaités sur la PO.
Point de vue PARTIE COMMANDE ou REALISATEUR :
L'observateur s'implique ici dans le bon fonctionnement de la PC.
Il a un point de vue que nous pouvons qualifier de REALISATEUR.

GRAFCET : DEFINITION DU MODELE GRAPHIQUE

Le modèle GRAFCET :
Le GRAFCET est un modèle de représentation graphique du comportement de la PC d'un système automatisé.

REPRESENTATIONS SELON UN POINT DE VUE
"SYSTEME" OU "PROCEDE"

A - L'énoncé du problème posé :
Réaliser deux taraudages M 38 dans des trous préalablement percés et marquer la pièce en un temps minimum comporte des spécifications de natures différentes :
La définition des 3 tâches (les fonctions) à assurer par le système pour élaborer la VALEUR AJOUTEE sur la pièce :
Deux tâches de taraudage dans des trous borgnes,
une tâche de marquage.
L'expression d'un critère d'optimisation pour l'exécution de ces tâches.

B - Dans une première phase, le concepteur va devoir :
DT>1) Rechercher des solutions techniques possibles pour chacune des tâches à exécuter compte tenu d'un ensemble de contraintes imposées :
- Contraintes sur le produit : Matériau, poids, dimensions, nombre de pièces à réaliser, ...
- Contraintes sur l'environnement du système : Ambiance, couplage avec d'autres PO, ...
- Contraintes relatives aux tâches : Dimensions des taraudages, nature de la marque à effectuer, etc.
- Contraintes générales des délais de réalisation, de coût, de productivité, ... pour tout ou partie de l'unité de production, ...
- Etc.
2) Rechercher des ordonnancements possibles entre les trois tâches permettant d'INTERPRETER le critère d'optimisation "en temps minimum", compte tenu des solutions techniques envisagées et des contraintes imposées.
Par exemple :
- Lancer les trois tâches en même temps si les procédés le permettent ;
- Effectuer les deux taraudages l'un après l'autre, parallèlement au marque ;
- Etc.

C - Dans une seconde phase, le concepteur effectuera des choix techniques de solutions :
- Pour les procédés d'exécution des tâches ;
- Pour l'ordonnancement des tâches ;
- Pour la structure de la PO selon des critères permettant d'assurer un COUT GLOBAL minimum.

La solution définit :
- Les procédés :
- Deux taraudages simultanés ;
- Marquage en temps masqué.

Classification des E/S : Point de vue PROCEDE



GRAFCET selon un point de vue SYSTEME

REPRESENTATIONS SELON UN POINT DE VUE
"PARTIE OPERATIVE"

L'observateur s'implique dans le bon fonctionnement de la PO, mais ne fait aucune hypothèse quant à la réalisation de la PC.
Il se contente de donner une description externe de type "événementielle" en terme de SPECIFICATIONS FONCTIONNELLES pour cette PC.
Une représentation selon ce point de vue suppose une certaine définition de la PO, définition qui peut prendre en compte tout ou partie des caractéristiques techniques et/ou technologiques des constituants opératifs dont le choix est déjà effectué.
Les constituants opératifs dont le comportement est intégré dans la description peuvent être :
- Les actionneurs, par les effets attendus ;
- Les capteurs, par la nature fonctionnelle des informations transmises à la PC (Tout ou rien - 0 ou 1 -, numérique etc.) ;
- Les préactionneurs, par la nature des actions pour obtenir les effets souhaités ;
- Les constituants opératifs de commande.
Une représentation selon ce point de vue intègre donc un certain nombre de spécifications technologiques relatives à la PO mais les exprime en terme de spécifications fonctionnelles pour la PC.

Application à la machine de Taraudage-Marquage :
Le concepteur a retenu les solutions technologiques suivantes pour les actionneurs relatifs à chaque tâche :
- Une tête de taraudage à deux broches munies de systèmes porte-tarauds débrayables, dont la translation est assurée par vérin hydraulique ;
- La rotation du porte-tarauds est assurée par un moteur asynchrone à deux sens de rotation ;
- Un vérin pneumatique double effet pour le marquage à froid.

Classification des E/S de la PO



GRAFCET selon un point de vue PARTIE OPERATIVE


Cependant ces choix induisent de nouvelles contraintes qui peuvent amener à faire évoluer l'ordonnancement des tâches, tout en maintenant l'objectif de réalisation en un temps minimum.
Pour cette machine, il s'est avéré (par des essais, expériences ...) que le choc du marqueur sur la pièce sur la pièce pendant les taraudages et une tenue des outils acceptables.
Il a fallu adapter en conséquence l'ordonnancement des tâches et dissocier les phases de taraudage et de marquage.

Nouvelle classification des E/S de la PO



GRAFCET selon un point de vue PARTIE OPERATIVE

REPRESENTATIONS SELON UN POINT DE VUE
"PARTIE COMMANDE"

Ce point de vue correspond à celui du réalisateur de la PC.
L'observateur, impliqué dans le bon fonctionnement de la PC, n'a aucune obligation de connaître la signification physique des informations reçues ou des ordres émis.
En pratique, il devra prendre en compte un certain nombre de contraintes physiques sur ces signaux d'entrée-sortie pour effectuer le choix technologique de la PC.
Ces représentations peuvent faire apparaître des interpénétrations d'autres PC.
Une telle représentation peut correspondre :
- A l'expression, plus ou moins détaillée, des spécifications fonctionnelles de la PC à réaliser, compte tenu de l'ensemble des spécifications technologiques et opérationnelles de la PO.
- A la description du comportement détaillé de la PC après avoir effectué le choix technologique de celle-ci, donc intégrant les spécifications technologiques de la PC.
Le niveau du GRAFCET correspond alors à une description plus ou moins détaillée des spécifications fonctionnelles ou technologiques de la PC selon un point de vue réalisateur.

Classification des E/S de la PC



La nouvelle structure du prochain GRAFCET résulte :
- D'une part, de la mise en place d'un pressostat (Sp) due aux variations de longueur des trous borgnes à tarauder ;
- D'autre part, les variations de l'épaisseur et du positionnement des pièces entraînent la suppression du capteur fin de course "Tige vérin marqueur sortie", et son remplacement par une cellule NON inhibition à seuil (K1) ;
- La présence d'une temporisation K2 permet d'affiner le marquage.

D'après le schéma de commande, partie électrique, la réceptivité du poste service correspond à :
F5relais thermiquecontact "O" non actionné
S2capteur présence piècecontact "F" actionné
S6capteur carter fermécontact "F" actionné
S7bouton poussoir arrêt d'urgencecontact "O" non actionné
S8bouton poussoir arrêtcontact "O" non actionné




Nota : L'approvisionnement et l'éjection de la pièce ne seront pas étudiés dans cette partie. Ces opérations sont prises en compte par une autre PC.

SCHEMA TECHNOLOGIQUE DE LA PARTIE OPERATIVE