Ingénierie système guidée par les modèles

L’ingénierie des systèmes moyennant des outils informatiques ou encore le Computer-aided engineering (CAE) est aujourd’hui et depuis quelques années un sujet qui attire l’attention des scientifiques et particulièrement les ingénieurs pour les différents avantages que le monde numérique peut apporter en termes de gestion de documents et d’informations, de traitement de ces informations, de leurs visualisation, d’automatisation des tâches répétitives, d’aide à la décision et d’expérimentation. Cette conception informatisée a beaucoup évolué et a donné naissance à des outils d’ingénierie système très puissants tels que DOORS et SMARTEAM pour la gestion des exigences. Elle a aussi donné des outils de modélisation structurale et comportementale tels que STATEMATE et CORE , mais aussi des outils d’ingénierie de domaines tels que la CAO mécanique avec CATIA [CATIA], la CAO électronique avec KICAD [KICAD] ou HyperLynx [HyperLynx]. Les possibilités qu’offre la conception informatisée aux ingénieurs en ont fait un outil indispensable pour concevoir des systèmes qui semblent diverger en termes de complexité et de taille, aussi bien vers l’infiniment grand que vers l’infiniment petit. Ce qui rend le nombre d’informations humainement impossibles à gérer et à prendre en compte. Mais les limites de ces outils sont encore loin d’être atteintes.

Dans toute cette panoplie d’outils, chaque ingénieur peut trouver l’outil qui correspond à son domaine, or, les systèmes conçus aujourd’hui sont de plus en plus intégrés et de plus en plus hétérogènes, ainsi, l’approche systémique en conception est devenue inévitable car la complexité de l’intégration des sous-systèmes de domaines technologiques différents peut souvent être la cause de l’échec du projet. C’est pour remédier à de tels problèmes que la conception informatisée des systèmes doit aujourd’hui offrir des implémentations efficaces de méthodes systémiques qui permettent le support et/ou la régie de tout le cycle de conception des systèmes. Cette proposition n’implique pas de ne plus utiliser des outils spécifiques à des domaines technologiques particuliers tels que ceux cités précédemment, mais il est nécessaire de mettre en place une plateforme qui puisse représenter un repère pour tous les concepteurs qui travaillent sur le projet en offrant l’interopérabilité des différents outils. En tenant compte de ce double développement in extenso ; non seulement la complexité des systèmes conçus croît continuellement mais en plus ils sont de plus en plus hétérogènes et surtout intégrés, nous concentrons nos efforts dans cette thèse sur la conception des systèmes hétérogènes hautement intégrés dits mécatroniques suivant l’approche systémique ou l’ingénierie système.

Le terme « mécatronique » est un néologisme rassemblant les termes « Mécanique» et « Electronique ». Les systèmes dits mécatroniques intègrent les technologies mécaniques, électroniques, automatiques et informatiques. La mécatronique en elle-même a été proposée comme domaine de recherche à part entière pour mettre l’accent sur la nécessité de trouver des méthodes innovantes permettant la conception de tels systèmes hautement intégrés. En mécatronique, il ne s’agit pas d’assembler des composants de domaines technologiques différents, mais il est nécessaire de considérer le système dans sa globalité pendant tout le cycle de sa conception. Ceci est d’autant plus vrai sachant que l’assemblage des solutions optimales de chaque composant d’un domaine technologique différent ne donne pas forcément la solution globale optimale.

Dans l’approche mécatronique, la pluridisciplinarité du projet nécessite une collaboration de plusieurs intervenants (sociétés, équipes, etc.) autour d’un référentiel unique qui permet d’entreprendre une ingénierie systémique et concourante. Les différents métiers doivent participer ainsi à la mise en place d’un modèle commun du système. L’existence de ce modèle unique permettrait la vérification et la validation du modèle complet du système ce qui permettrait de découvrir le plutôt possible les incompatibilités et les problèmes d’intégration susceptibles d’apparaître entre les différents domaines technologiques. Le projet STEP [STEP] est un projet qui a été entrepris pour répondre à ce besoin, il définit une série de formats d’échange spécifiques à des domaines particuliers, ces formats sont des AP (Application Protocol). Parmi ces formats, l’AP233 [AP233] [AP233ConceptModel] est la spécification des échanges relatifs aux données des activités d’ingénierie système.

L’INCOSE [INCOSE] (International Council On Systems Engineering) a de son côté développé le langage d’ingénierie système SysML [SysML2007], adopté par la suite par l’OMG [OMG] (Object Management Group) pour fournir un langage standard supportant les activités de l’ingénierie système. Ce langage a été développé de manière a supporter l’AP233, ce qui permettra d’avoir des outils interopérables (grâce à l’AP233) utilisant un langage standard (SysML).

Ainsi, les méthodes et outils dédiés aux concepteurs des systèmes mécatroniques doivent leur permettre de s’insérer dans ce cadre général de standardisation. De plus, ils doivent leur fournir les moyens d’entreprendre cette démarche systémique et collaborative tout en leur permettant la créativité, l’expérimentation et le prototypage virtuel qui est un moyen indispensable de vérification très tôt dans le cycle de conception.

Il est clair que l’étude d’un système doit permettre de le comprendre sous un certain nombre d’angles différents pour pouvoir le construire. Dire qu’il faut le comprendre sous tous ses angles est bien sûr utopique, car tout système réel est régi par un nombre infiniment grand de variables que nous ne pouvons pas dénombrer. Le concepteur sélectionne alors, selon les limites de la science dont il dispose (ses compétences), selon le type du système étudié et ses finalités, les différents angles ou les vues sous lesquels il juge pertinent d’étudier le système. On peut ici citer Ross Ashby qui a défini le mot « système » en ces termes: « A System is a set of variables sufficiently isolated to stay discussable while we discuss it» ; Il met l’accent dans cette définition sur l’importance de l’abstraction dans la conception. Ceci implique qu’un modèle du système est spécifié  car un modèle est une abstraction d’un système qui contient les propriétés les plus pertinentes de ce système de manière que le concepteur peut supposer que son système final sera fidèle au modèle ou au moins aura des différences qu’il juge insignifiantes.

Table des matières

INTRODUCTION
I – PROBLEMATIQUE
1.1 Introduction de la problématique du mémoire
1.2 Objectifs de cette thèse
II – ETAT DE L’ART DES METHODOLOGIES D’INGENIERIE SYSTEME ET DE CONCEPTION
2.1 Introduction à la conception
2.1.1 Quelques notions théoriques de la conception
2.1.2 Outils mentaux de la conception
2.2 L’ingénierie système
2.2.1 Définition du terme « Système »
2.2.2 Introduction aux systèmes mécatroniques SM
2.2.3 Qu’est-ce que l’« Ingénierie système »
2.3. Les méthodologies d’ingénierie système
2.4 Les processus d’ingénierie système
2.4.1 Panorama des processus d’ingénierie système
2.4.2 Le standard IEEE 15288
2.5 La modélisation en ingénierie système
2.5.1 La modélisation de la spécification des besoins
2.5.2 La modélisation de la conception
2.6 Langages et Formalismes multi-technologiques
2.6.1 Les Bond Graphs
2.6.2 La DSM ou Design Structure Matrix
2.7 Conclusion
III – QUELQUES APPROCHES ORIENTEES OBJET
3.1 L’approche Objet
3.2 Le langage UML
3.2.1 Historique
3.2.2 Caractéristiques
3.2.3 UML n’est pas une méthode
3.2.4 L’architecture d’UML2
3.2.5 UML est un langage extensible : apports des profiles
3.2.6 Le package UML « Profiles » V2.1.1
3.2.7 Etendre UML Vs Créer un DSL
3.3 Extensions d’UML pour systèmes hétérogènes et Profiles existants
3.3.1 UML et les systèmes hétérogènes
CONCLUSION

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