Ingénierie des systèmes agiles basée sur des modèles pour l'optimisation multidisciplinaire lors du développement de nouveaux véhicules

Pour soutenir le développement de nouveaux véhicules, nous considérons des méthodes innovantes d'ingénierie des systèmes basés sur des modèles, l'exploration de l'espace de conception et l'optimisation multidisciplinaire pour aborder le problème de l'identification du "meilleur" scénario de conception pour les véhicules. Le premier axe de recherche vise à investir l'ingénierie des systèmes basée sur les modèles (MBSE) et des langages de modélisation des systèmes qui l'accompagnent (par exemple SysML) pour fournir une structure de représentation du produit par le biais d'un modèle unique et intemporel qui peut potentiellement piloter l'ensemble du cycle de vie du produit, en tant que source d'information unique et omniprésente pour les parties prenantes. Dans une telle approche, plusieurs éléments doivent être définis :

• La spécification du système permet de saisir et d'analyser les exigences. L'analyse fonctionnelle génère des "exigences de haute qualité" (par exemple, complètes, précises, correctes, cohérentes et vérifiables), des cas d'utilisation et des récits d'utilisateurs - autant de moyens pour comprendre ce que le système doit être.
• Les artefacts de modélisation et les processus connexes couvrant la modélisation du comportement, la modélisation des exigences, la modélisation de la structure, la modélisation paramétrique, la traçabilité des exigences et le contrôle des modifications, etc.
• Le développement d'architectures de systèmes couvrant le développement d'une architecture guidée par les modèles, d'architectures de sous-systèmes et de composants, d'entrées et de conditions préalables, de sorties et de conditions ultérieures, d'interfaces logiques et physiques de sous-systèmes et d'une architecture de référence agile (pour l'efficacité, l'interopérabilité et la conformité réglementaire) en tant qu'ensemble de décisions stratégiques d'optimisation de la conception pour le système.
• La vérification et la validation des compositions de modèles à l'aide de tests basés sur les modèles, de la modélisation de la traçabilité, de la version des modèles, etc.

Outre la solution IBM Rational Rhapsody (déjà mise en œuvre par le groupe IVECO), des langages de modélisation (SysML, UML, etc.) et des méthodes seront étudiés pour soutenir le développement de l'approche MBSE.

Le deuxième axe de recherche concerne le développement d’une approche du "modèle de substitution" pour éviter la tentation d'investir beaucoup de temps dans la réponse à la question posée et plutôt d'investir dans le développement d'approximations mathématiques rapides des codes informatiques à long terme. Ces approximations permettent de poser de nombreuses questions et d'y répondre, d'établir de nombreux graphiques, d'explorer de nombreux compromis et d'acquérir de nombreuses connaissances. On peut ensuite revenir au code informatique à long terme pour évaluer les idées ainsi générées et, si nécessaire, mettre à jour les approximations et itérer. Plusieurs questions de recherche accompagnent la mise en place d’une approche de substitution de modèles :

• Quels points utiliser pour construire l'approximation ?
• Quelle méthode d'approximation choisir ?
• Comment utiliser l'approximation pour suggérer de nouvelles conceptions améliorées ?
• Comment utiliser les approximations pour explorer les compromis entre les objectifs ?
• Comment réagir si la simulation contient du bruit numérique ?
• Où trouver le code informatique pour répondre à ces questions ?

Le processus de modélisation de substitution peut comprendre les étapes suivantes :

• Définition du plan d'échantillonnage à l'aide d'expériences.
• Évaluation quantitative des conceptions (simulations informatiques d'expériences physiques). • Construction des substituts, puis concevoir des sensibilités et identifier des données multifidélité. • Visualisation pour aider à comprendre les paysages de conception.
• Optimisation en utilisant les substituts pour rechercher des critères de remplissage, vérifier les contraintes actuelles, le bruit dans les données, intégrer des objectifs de conception multiples en ajoutant de nouvelles conceptions.

MATLAB peut être utilisé comme outil de soutien pour la modélisation des substituts.

Le troisième axe concerne l’adoption des méthodologies d'exploration de l'espace de conception (ESD). Ces méthodologies recherchent les options de l'architecture, des composants, des interfaces et du mappage des données afin d'obtenir un système quasi optimal, qui satisfait aux contraintes et minimise le compromis complet de l'espace multidimensionnel. Au cours de l'ESD, les exigences d'entrée et de sortie, les exigences de stockage, les exigences de traitement et le contrôle du système sont explorés. La recherche universitaire se concentre davantage sur les méthodologies d'ESD qui fournissent des conceptions quasi-optimales. La méthodologie ESD idéale consiste à traiter tous les problèmes de cartographie simultanément en une seule phase. Cependant, cette méthodologie idéale ne peut pas être atteinte. La conception des systèmes automobiles est un processus excessivement complexe, qui consiste en plusieurs phases de cartographie, et il n'existe donc pas de bon moyen de formuler de manière optimale la solution en une seule phase. Par conséquent, la méthodologie ESD doit être divisée en plusieurs sous-tâches pour être gérable.

Les axes de recherche 2 et 3 seront développés en parallèle avec l’approche MBSE afin d’enrichir l’exploration et l’optimisation des modèles de conception de nouveaux véhicules chez IVECO.