Le diagramme des cas d'utilisation est normalement le premier à réaliser dans le cadre d'une étude, et découle directement du cahier des charges. Il représente les différents acteurs et leurs opérations dans le système :

Chaque acteur est représenté à l'extérieur du système, soit par une figure humaine pour un opérateur humain, soit par une machine si celle-ci est extérieure au système. Les opérations sont représentées par une ellipse dans le cadre du système. Chaque opération est relié aux acteurs qui peuvent l'effectuer, et chaque acteur est relié à toutes les opérations qu'il peut effectuer dans le système.

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