Sujet de Thèse
Titre :
Cadre de co-ingénierie basée sur des modèles du système Avion et de son système industriel de fabrication, pour une adéquation précoce des architectures.
Dates :
2022/10/14 - 2025/10/13
Etudiant :
Encadrant(s) :
Autre(s) encadrant(s) :
MARANGE Pascale (pascale.marange@univ-lorraine.fr)
Description :
Contexte du travail de doctorat
Airbus et l'Université de Lorraine sont deux acteurs majeurs dans le développement des connaissances et des pratiques et dans la formation dans le domaine de l'ingénierie des systèmes basés sur les modèles (MBSE). Ils unissent leurs efforts pour créer une synergie d'expertises complémentaires, en s'appuyant sur des collaborations antérieures fructueuses dans le domaine de la recherche et de l'enseignement en MBSE.
Ce travail de thèse sera une contribution à une chaire industrielle. Cette chaire implique Airbus, et deux laboratoires de recherche, le CRAN UMR CNRS et l'ERPI, de l'Université de Lorraine. Son objectif est de développer et d'expérimenter un cadre Actionable Collaborative Trustworthy Executable MBSE, pour la validation précoces des exigences des systèmes et la vérification de la conception et pour la co-ingénierie du système principal et de son système industriel.
Contexte et problèmes industriels
Récemment, le marché du transport aérien s'est considérablement modifié, en raison d'une forte variation de la demande provoquée par la crise COVID et de l'apparition sur le marché de nouvelles compagnies aériennes à bas prix. Ces changements obligent les constructeurs d'avions à à abaisser leurs coûts de production, à réduire le délai de mise sur le marché de leurs produits... Les constructeurs d'avions doivent donc revoir leur approche pour l'ingénierie de leur système d'intérêt (SoI) ainsi que pour l'ingénierie de leurs principaux systèmes contributeurs (fabrication (ou industrielle), support et services) afin de répondre aux objectifs précédents, d'atteindre une performance globale en termes de disponibilité, de sûreté et de sécurité, etc. et de maintenir cette performance tout au long de leur long cycle de vie (plus de 30 ans). Pour conserver leur avantage concurrentiel, les entreprises devront développer très tôt des capacités basées sur les technologies numériques pour (re)spécifier, (re)concevoir, vérifier et valider des systèmes complexes manufacturables et exploitables, dans un contexte de collaboration plus approfondie avec de multiples parties prenantes, au sein de l'avionneur et de son entreprise étendue. Les ingénieurs systèmes utilisent de nombreux types de modèles pour représenter différentes vues du système (opérationnel, logique, physique, comportemental, ...) et pour vérifier le comportement du système et la satisfaction des exigences. La transformation numérique du développement et les principes du MBSE ouvrent de nouvelles possibilités pour soutenir le développement de systèmes complexes performants, sûrs, manufacturables et opérationnels avec une approche de MBSE exécutable (eMBSE) basée sur une approche de modélisation et de simulation soutenant les objectifs de l'ingénierie système.
Question scientifique
Un défi important est celui de l'ingénierie simultanée du système Avion et de ses systèmes contributeurs étroitement liés pour garantir la performance globale attendue. En particulier, les liens entre l'ingénierie du système d'avion et celle du système de fabrication et d'assemblage sont au coeur de ce sujet de recherche. Il est nécessaire d'avoir une vision globale et cohérente des composants du système avion et de leurs interactions avec le système de production. Ce sont ces interactions complexes qu'il est essentiel d'établir et de maintenir. En effet, si l'avion doit être spécifié en détail, avant de développer le système de production, alors le temps de mise sur le marché augmente et de nombreuses contraintes sont transférées au système de fabrication qui ont un impact sur ses performances. Il est donc nécessaire de synchroniser les cycles de vie du système et de son système de fabrication le plus tôt possible, dès le niveau conceptuel afin de relier, au plus tôt, les deux phases d'ingénierie.
Le travail développé dans cette thèse a pour originalité de se placer dans une approche MBSE à la fois pour l'ingénierie de la SoI et du Système de Fabrication et dans un contexte d'entreprise et d'industrie étendue, du futur. L'objectif est de contribuer à la synchronisation des deux systèmes d'ingénierie, sous la forme de vues spécifiques et ce dès les phases amont de l'ingénierie (conceptualisation). La synchronisation portera également sur les analyses de compromis individuelles qui seront étudiées conjointement afin de garantir la performance globale (analyse de compromis simultanée).
Dans cet objectif, cette thèse portera sur les points suivants :
- L'architecture du système aéronautique, l'architecture du système industriel et les processus de fabrication avec une approche MBSE comme solution potentielle pour contribuer à la synchronisation globale des deux architectures. L'intérêt d'avoir un référentiel système pour soutenir les premières analyses d'architecture sera étudié, en particulier pour fournir des concepts architecturaux et des preuves de V&V des architectures fonctionnelles. Une attention particulière devra être portée sur la validation des objectifs/exigences du programme, l'optimisation globale en amont des architectures proposées, l'analyse d'impact et la cohérence assurée pour l'intégration.
- La synchronisation portera sur les analyses d'impact qui seront étudiées conjointement afin de garantir la performance globale des deux systèmes. Une attention particulière doit être accordée aux liens formels entre les scénarios opérationnels, les fonctions et les exigences des systèmes. La formalisation des échanges de modèles entre les départements de développement sera axée sur le partage des modèles et des vues, ainsi que sur l'architecture des modèles. En particulier, il est important de caractériser la vue du système industriel centrée sur l'avion (resp. la vue de l'avion centrée sur le système industriel) comme un modèle de fabrication variable (resp. l'avion) utilisé pour discuter de la fabricabilité (resp. du produit à faire) en ce qui concerne les capacités existantes.
- Traiter de la conception du système industriel pour un ensemble de familles de produits ou différents types de produits, en tenant compte de la flexibilité nécessaire dans le cycle de vie du système. Pour la conception du système de produits, un produit ou une famille de produits sera considéré, en étudiant la modularité ou la flexibilité qui pourraient être intégrées dans la fabrication.
Airbus et l'Université de Lorraine sont deux acteurs majeurs dans le développement des connaissances et des pratiques et dans la formation dans le domaine de l'ingénierie des systèmes basés sur les modèles (MBSE). Ils unissent leurs efforts pour créer une synergie d'expertises complémentaires, en s'appuyant sur des collaborations antérieures fructueuses dans le domaine de la recherche et de l'enseignement en MBSE.
Ce travail de thèse sera une contribution à une chaire industrielle. Cette chaire implique Airbus, et deux laboratoires de recherche, le CRAN UMR CNRS et l'ERPI, de l'Université de Lorraine. Son objectif est de développer et d'expérimenter un cadre Actionable Collaborative Trustworthy Executable MBSE, pour la validation précoces des exigences des systèmes et la vérification de la conception et pour la co-ingénierie du système principal et de son système industriel.
Contexte et problèmes industriels
Récemment, le marché du transport aérien s'est considérablement modifié, en raison d'une forte variation de la demande provoquée par la crise COVID et de l'apparition sur le marché de nouvelles compagnies aériennes à bas prix. Ces changements obligent les constructeurs d'avions à à abaisser leurs coûts de production, à réduire le délai de mise sur le marché de leurs produits... Les constructeurs d'avions doivent donc revoir leur approche pour l'ingénierie de leur système d'intérêt (SoI) ainsi que pour l'ingénierie de leurs principaux systèmes contributeurs (fabrication (ou industrielle), support et services) afin de répondre aux objectifs précédents, d'atteindre une performance globale en termes de disponibilité, de sûreté et de sécurité, etc. et de maintenir cette performance tout au long de leur long cycle de vie (plus de 30 ans). Pour conserver leur avantage concurrentiel, les entreprises devront développer très tôt des capacités basées sur les technologies numériques pour (re)spécifier, (re)concevoir, vérifier et valider des systèmes complexes manufacturables et exploitables, dans un contexte de collaboration plus approfondie avec de multiples parties prenantes, au sein de l'avionneur et de son entreprise étendue. Les ingénieurs systèmes utilisent de nombreux types de modèles pour représenter différentes vues du système (opérationnel, logique, physique, comportemental, ...) et pour vérifier le comportement du système et la satisfaction des exigences. La transformation numérique du développement et les principes du MBSE ouvrent de nouvelles possibilités pour soutenir le développement de systèmes complexes performants, sûrs, manufacturables et opérationnels avec une approche de MBSE exécutable (eMBSE) basée sur une approche de modélisation et de simulation soutenant les objectifs de l'ingénierie système.
Question scientifique
Un défi important est celui de l'ingénierie simultanée du système Avion et de ses systèmes contributeurs étroitement liés pour garantir la performance globale attendue. En particulier, les liens entre l'ingénierie du système d'avion et celle du système de fabrication et d'assemblage sont au coeur de ce sujet de recherche. Il est nécessaire d'avoir une vision globale et cohérente des composants du système avion et de leurs interactions avec le système de production. Ce sont ces interactions complexes qu'il est essentiel d'établir et de maintenir. En effet, si l'avion doit être spécifié en détail, avant de développer le système de production, alors le temps de mise sur le marché augmente et de nombreuses contraintes sont transférées au système de fabrication qui ont un impact sur ses performances. Il est donc nécessaire de synchroniser les cycles de vie du système et de son système de fabrication le plus tôt possible, dès le niveau conceptuel afin de relier, au plus tôt, les deux phases d'ingénierie.
Le travail développé dans cette thèse a pour originalité de se placer dans une approche MBSE à la fois pour l'ingénierie de la SoI et du Système de Fabrication et dans un contexte d'entreprise et d'industrie étendue, du futur. L'objectif est de contribuer à la synchronisation des deux systèmes d'ingénierie, sous la forme de vues spécifiques et ce dès les phases amont de l'ingénierie (conceptualisation). La synchronisation portera également sur les analyses de compromis individuelles qui seront étudiées conjointement afin de garantir la performance globale (analyse de compromis simultanée).
Dans cet objectif, cette thèse portera sur les points suivants :
- L'architecture du système aéronautique, l'architecture du système industriel et les processus de fabrication avec une approche MBSE comme solution potentielle pour contribuer à la synchronisation globale des deux architectures. L'intérêt d'avoir un référentiel système pour soutenir les premières analyses d'architecture sera étudié, en particulier pour fournir des concepts architecturaux et des preuves de V&V des architectures fonctionnelles. Une attention particulière devra être portée sur la validation des objectifs/exigences du programme, l'optimisation globale en amont des architectures proposées, l'analyse d'impact et la cohérence assurée pour l'intégration.
- La synchronisation portera sur les analyses d'impact qui seront étudiées conjointement afin de garantir la performance globale des deux systèmes. Une attention particulière doit être accordée aux liens formels entre les scénarios opérationnels, les fonctions et les exigences des systèmes. La formalisation des échanges de modèles entre les départements de développement sera axée sur le partage des modèles et des vues, ainsi que sur l'architecture des modèles. En particulier, il est important de caractériser la vue du système industriel centrée sur l'avion (resp. la vue de l'avion centrée sur le système industriel) comme un modèle de fabrication variable (resp. l'avion) utilisé pour discuter de la fabricabilité (resp. du produit à faire) en ce qui concerne les capacités existantes.
- Traiter de la conception du système industriel pour un ensemble de familles de produits ou différents types de produits, en tenant compte de la flexibilité nécessaire dans le cycle de vie du système. Pour la conception du système de produits, un produit ou une famille de produits sera considéré, en étudiant la modularité ou la flexibilité qui pourraient être intégrées dans la fabrication.
Mots clés :
Ingénierie Système, Ing. Syst. Basée sur les modèles (ISBM), Co-ingénierie, Ingénierie avion,
Département(s) :
| Modélisation Pilotage des Systèmes Industriels |
Publications :
