Ingénierie des Systèmes Mécatroniques et Multi-physiques

Le thème IS2M adresse les problématiques scientifiques et industrielles en lien avec la conception multidisciplinaire des systèmes complexes basés sur les systèmes mécatroniques, les systèmes robotiques, les systèmes cyber-physiques (CPS, Cyber-Physical Systems), les CPS pour la production (CPPS) et les systèmes de systèmes (SoS), tous susceptibles d’être critiques d’un point de vue sûreté de fonctionnement. La conception de tels systèmes complexes doit également prendre en compte le contexte actuel environnemental, énergétique, sociétal et économique, à juste titre de plus en plus contraignant. Ces travaux scientifiques sont générateurs d’innovations et contribuent à la réindustrialisation nationale et européenne.

Les thématiques d’IS2M sont organisées de manière matricielle (2x2) :

  • Synthèse et analyse d’architecture sur un axe ;
  • Méthodologies et formalisation sur l’autre axe.

RESPONSABLE DU THÈME

Jean-Yves CHOLEY (PU) - ISAE-Supméca
jean-yves.choley@isae-supmeca.fr

Nos activités sont centrées sur

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Elle repose principalement sur une méthodologie à base d’Ingénierie Système basée sur les modèles (MBSE) et pouvant intégrer de nombreuses contraintes (agilité, éco-conception, multiphysiques, safety, etc.), allant de l’expression du besoin aux architectures candidates en prenant en compte l’ensemble du cycle de vie du système, et adressant aussi bien les aspects « produit », « process » de fabrication que le couplage des deux (co-conception du produit et du process) ;

Les systèmes adressés sont essentiellement mécaniques, mécatroniques et cyber-physiques (CPS) :

  • Les systèmes aéronautiques et spatiaux afin d’accompagner la nécessaire mutation du secteur ;
  • Les systèmes de transports autonomes (terrestres, aériens, navals) et les nouvelles mobilités ;
  • Les systèmes de production incluant la cobotique et les CPPS (Systèmes cyberphysiques de production) mis en œuvre pour la digitalisation de l’usine du futur (Industrie 4.0), tant pour leur intégration que pour leur exploitation et pilotage ;
  • Les nouveaux systèmes multi-énergies (MES) combinant par exemple l’éolien et le solaire ;
  • Les systèmes médicaux connectés (IoT), tel le pancréas artificiel ;
  • La robotique bio-inspirée et la robotique en essaim ;
  • Les assemblages mécaniques nouveaux et adaptés afin d’être mis en œuvre dans ces nouveaux systèmes.
 
 
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Dans le contexte du MBSE, cette analyse d’architectures candidates issues de la synthèse d’architectures, repose principalement sur des évaluations comparatives sous contraintes diverses (principalement comportementales) dans un objectif d’optimisation ou d’aide à la décision.. Afin de prendre en compte de nombreux critères, elle fait appel à :

  • La modélisation, la simulation et l’optimisation mécatronique, c’est-à-dire multi-domaines (mécanique, électronique, informatique, etc.) et multi-physiques (électromagnétisme, thermique, dynamique vibratoire, etc.) ;
  • La mise en œuvre de modèles compacts et réduits et à base d’intelligence artificielle ;
  • L’optimisation multidisciplinaire (MDO) ;
  • L’analyse de sûreté de fonctionnement basée modèles (MBSA, FTA, etc.) pour les systèmes critiques ;
  • L’analyse topologique ;
  • Des métriques relatives à l’intégration de ces systèmes.

L’objectif est l’intégration de l’ensemble de ces modèles au sein d’un jumeau numérique afin de jouer de multiples scénarios d’évaluation pour mieux accompagner les prises de décision en conception, tout particulièrement en conception préliminaire, mais également tout au long du cycle de vie du système, qu’il soit produit ou process.

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La conception des systèmes actuels et futurs fait appel à un ensemble de méthodologies qu’il est intéressant d’utiliser en synergie :

  • L’ingénierie système, plus spécifiquement à base de modèles (MBSE), avec une méthodologie couplant :
    • Une analyse boîte noire pour faire émerger des exigences cohérentes ;
    • Une analyse boîte blanche pour définir des architectures candidates et choisir l’architecture physique optimale ;
  • L’intégration de l’agilité dans la conception des systèmes mécatroniques ;
  • Les méthodologies de conception collaborative des systèmes complexes, mécatroniques et robotiques, etc.
  • L’ingénierie concourante, plus particulièrement le Set Based Concurrent Engineering (SBCE).

Quelle que soit la nature d’un système ou d’un process, il en découle la nécessité d’adresser :

  • L’interopérabilité entre le MBSE et les modèles métier (CAO, MDO, etc.)
  • La gestion des connaissances par les ontologies et le KBE (Knowledge Based Engineering) ;
  • La gestion des conflits et l’aide à la décision ainsi (choix et la construction des métriques pertinentes, multi-agents, ...) ;
  • La robustesse du design, par exemple par analyse variationnelle et tolérancement multi-domaine.
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L’applicabilité des méthodologies envisageables pour la conception et l’exploitation des systèmes complexes (CPS, mécatroniques, produit-process, etc.) est conditionnée par l’existence d’un substrat formel les rendant pertinentes et fiables.

Ces formalismes rigoureux reposent principalement sur :

    • Les mathématiques des systèmes complexes, telles que les structures connectives, la théorie des catégories, l’analyse topologique, etc.
    • Les concepts informatiques tels que les langages formels, les systèmes multi-agents, l’exploration des données (data mining), etc.

Ils permettent ainsi, en appui aux méthodologies de conception développées :

    • de structurer et de mettre en œuvre le jumeau numérique qui regroupe de nombreux modèles hétérogènes ;
    • d’assurer et de maintenir la cohérence des modèles nécessaires ;
    • de gérer la diversité des langages et outils de modélisation utilisés pendant la phase de conception. A titre d’exemple, on peut citer :
      • Les langages de modélisation formels (Modelica, Altarica) et semi-formels (SysML) ;
      • Les outils dédiés tels que Matlab, Cameo Systems Modeler, Capella-Arcadia, PTC Integrity Modeler, AnyLogic, 3D Experience, ModelCenter, Karren, etc.

Collaborations

Des travaux de recherche sont menés directement avec des partenaires industriels, par le biais de contrats de recherche, de thèses CIFRE ou en accompagnement de stagiaires ou de projets de fin d’études, avec par exemple :

  • PUIG
  • ArianeGroup
  • EDF
  • Thalès
  • Safran
  • DGA-TA

L’équipe est impliquée de longue date dans des projets collaboratifs avec des partenaires universitaires, industriels et institutionnels :

  • Projets FUI labellisés par les pôles NextMove, System@tic, ASTech, Cosmetic Valley, tels que O2M et MIMe pour le secteur automobile (avec Valeo, Ranault, PSA, Dassault Systèmes, DPS), et EUGENE pour la cosmétique (PUIG). Il faut noter que des membres de l’équipe IS2M sont impliqués dans certains DAS et DT de ces pôles ;
  • Projet Horizon Europe (ENERMAN) coordonné par Fiat-Chrysler Automobile ;
  • IRT SystemX (projets SIM, AMC, S2C), avec des partenaires industriels tels que Dassault Aviation, Safran, ONERA, DGA-TA, Renault, Valeo, etc.

L’équipe a noué des partenariats académiques avec des partenaires français et étrangers avec encadrements d’étudiants, dépôts de projets et publications communs :

  • UEC (Université d’Electro-Communication) Tokyo, Japon, laboratoire Ming, pour la robotique ;

  • Université Federico II de Naples (UNINA), Italie, laboratoire IDEAS (avec Fraunhofer) pour les méthodologies, langages et outils de modélisation mécatronique et usine 4.0 ;

  • University of Applied Sciences Upper Austria, FHoö,Wels, Autriche, pour la mécatronique et l’usine 4.0 ;
    (IS2M-Supméca, FHOÖ Wels et UNINA ont créé en 2019 le groupe de recherche Suniswell)

  • ENISo (Sousse), ENIM (Monastir) et ENSIT (Tunis) en Tunisie ;

  • En France, avec l’ENSTA, CentraleSupélec, l’INSA de Lyon et l’UTC. Les membres du groupe ISAE seront des partenaires académiques privilégiés. C’est déjà le cas pour l’ESTACA.

Actualités du thèmes

AVIS DE SOUTENANCE – MOUNA FRADI Publié le 14 décembre 2021
SOUTENANCE HDR MONCEF HAMMADI Publié le 30 novembre 2021
AVIS DE SOUTENANCE – TLIBA Khalil Publié le 23 juin 2022

Composition de l’équipe

Professeur des Universités

Tél. : +33 1 49 45 20 21
Mél. : jean-yves.choley@isae-supmeca.fr

Établissement : ISAE-SUPMECA

Ingénierie Système basée sur les modèles (MBSE)
Évaluation de la sûreté fondée sur les modèles (MBSA)
Jumeau numérique, mécatronique et CPS, Usine 4.0

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Maître de conférences - HDR

Tél. : +33 1 49 45 29 27
Mél : moncef.hammadi@isae-supmeca.fr

Établissement : ISAE-SUPMECA

Simulation multiphysique, Systèmes complexes
Jumeau numérique
Bioinspiration, Robotique en essaim

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Maître de conférences

Mél. : faida.mhenni@isae-supmeca.fr

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Ingénierie Système basée sur les modèles (MBSE), Sûreté de fonctionnement (MBSA)
Intégration et cohérence MBSE-MBSA
Collaboration et partage des données de conception

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Ingénieur de Recherche - HDR

Tél. :+33 1 49 45 29 68
Mél : olivia.penas@isae-supmeca.fr

Établissement : ISAE-SUPMECA

Agilité, cohérence, formalisation et interopérabilité des données MBSE
Evaluation d’architectures système et de simulation
Conception mécatronique, CPS, CPPS

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Maître de conférences

Tél. : +33 1 49 45 29 24
Mél : regis.plateaux@isae-supmeca.fr

Établissement : ISAE-SUPMECA

Ingénierie Système basée sur les modèles (MBSE), Conception Agile
Modélisation et simulation de Systèmes complexes, mécatroniques et cyber et leurs jumeaux numériques
Traçabilité des conceptions et simulations, Cohérence des Topologies et des Interactions

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Professeur des Universités
Établissement : SeaTech
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Maître de conférences

Tél. : +33 1 49 45 29 04
Mél : thierno.diallo@isae-supmeca.fr

Établissement : ISAE-SUPMECA

Conception et pilotage des systèmes cyberphysiques de production
Ordonnancement, Diagnostic à base de données
Supervision et Reconfiguration des systèmes de production

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Maître de conférences

Mél : stephane.dugowson@isae-supmeca.fr

Établissement : ISAE-SUPMECA

Connectivité, Topologie, Interactions
Théorie des graphes
Systèmes dynamiques ouverts

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