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Ce manuscrit présente une méthodologie pour la conception de systèmes de simulation de modèles en entreprise étendue, basée sur l'ingénierie système dirigée par les modèles. Le but est de permettre à l'architecte système d'explorer des solutions alternatives et de vérifier et/ou valider l'architecture du système en cours de conception, en regard des exigences et besoins des parties prenantes. Cette méthodologie se décline suivant deux axes complémentaires : la partie méthode et les moyens d'exécution, sans lesquels il ne peut y avoir de simulation. Cette nouvelle méthode se fonde sur le principe suivant : partir des exigences utilisateur pour créer les modèles d'architecture système, puis en dériver l'architecture de simulation, développer les modèles exécutables et exécuter la simulation en relation avec les objectifs de vérification et/ou validation. En agissant ainsi, les écarts d'interprétations potentiels entre le modèle d'architecture système et les modèles de simulation sont supprimés ou à tout le moins réduits, par rapport à une approche traditionnelle. Cette nouvelle méthode est de type matriciel. Les colonnes représentent les acteurs, tandis que les lignes correspondent aux différentes étapes de la méthode MBSE employée par l'architecte système pour le produit, y compris les étapes de raffinements. Les acteurs sont l'architecte système pour le produit (SyA), un premier nouvel acteur introduit par cette méthode : l'architecte système pour la simulation (SiA), les développeurs des modèles exécutables de simulation (SMD). Un second nouvel acteur est en charge de l'exécution de la simulation (SEM) au sein de chacune des entreprises, en charge de l'analyse et de la production des résultats exploitables par l'architecte système pour le produit. Avec cette méthode matricielle, le SyA peut demander des simulations, soit en profondeur pour préciser un point particulier de son modèle, soit en extension pour vérifier la bonne concordance des fonctions entre elles, tout en réutilisant des fonctions déjà définies durant les étapes amont ou aval de ses décompositions précédentes. Au global, gains de temps, de coûts, et de confiance. Le deuxième axe de cette méthodologie concerne la réalisation d'une plateforme de cosimulation en entreprise étendue (EE), qui est un projet en soi. Le MBSE a permis de définir une architecture fonctionnelle et physique de cette plateforme de cosimulation qui peut être amendée en fonction des besoins exprimés par l'architecte de la simulation. La proposition introduit un troisième nouvel acteur : le Infrastructure Project Manager (IPM) qui est en charge de la coordination pour la réalisation de la plateforme de cosimulation, au sein de son entreprise. Pour une EE de type donneur d'ordres à soustraitants, introduction de deux nouveaux acteurs : le superviseur d'IPM et le responsable de l'exécution des simulations (SEM), dont leurs rôles respectifs sont de faire le lien avec leurs pendants chez les partenaires.
Pour être maîtrisée, la performance d'un système distribué doit être prise en compte tout au long du cycle de conception et développement du système, particulièrement si ce dernier est construit à base de composants réutilisés car il est alors plus difficilement prévisible. Mais l'évaluation de performance en conception nécessite des techniques spécifiques et des compétences peu courantes. Une solution consiste à étendre les langages de conception fonctionnelle de manière à transformer les modèles fonctionnels en modèles de performance du système. Cette thèse propose une approche rigoureuse, basée sur des techniques d'ingénierie des modèles ou MDE (Model-Driven Engineering), pour des transformations automatiques de modèles UML 2.0 de systèmes à base de composants vers des modèles de simulation de performance à files d'attente. Un cadre conceptuel précis est d'abord défini par métamodélisation pour des modèles conçus à base de composants, exécutables et exploitant la puissance de la simulation. Le métamodèle, appelé CPM (Component Performance Metamodel), sert ensuite de support à la définition d'un profil pour UML 2.0. Le profil est structuré en couches regroupant des fonctions et contraintes OCL (Object Constraint Language) ainsi que des extensions. Pour résoudre les ambiguïtés sémantiques d'UML 2.0, le métamodèle des Diagrammes de Séquence est restreint à un sous-ensemble cohérent proche du langage MSC (Message Sequence Charts) puis muni de la sémantique formelle des MSC. L'exécutabilité est alors traitée par des restrictions qui permettent de définir des fonctions OCL de pilotage des transformations en fonction de la sémantique des modèles. Les modèles de performance générés sont exécutables par un simulateur de performance industriel.
This easy to read text provides a broad introduction to the fundamental concepts of modeling and simulation (M&S) and systems engineering, highlighting how M&S is used across the entire systems engineering lifecycle. Features: reviews the full breadth of technologies, methodologies and uses of M&S, rather than just focusing on a specific aspect of the field; presents contributions from specialists in each topic covered; introduces the foundational elements and processes that serve as the groundwork for understanding M&S; explores common methods and methodologies used in M&S; discusses how best to design and execute experiments, covering the use of Monte Carlo techniques, surrogate modeling and distributed simulation; explores the use of M&S throughout the systems development lifecycle, describing a number of methods, techniques, and tools available to support systems engineering processes; provides a selection of case studies illustrating the use of M&S in systems engineering across a variety of domains.
Aujourd'hui, les industriels cherchent de nouvelles approches qui permettent aux concepteurs d'adapter efficacement les systèmes de fabrication face à un environnement incertain et perturbant. Le concept de la reconfiguration des systèmes de fabrication est proposé afin de trouver des solutions face à l'occurrence d'aléas au sein d'un système manufacturier complexe. Dans la littérature, l'intégration de la reconfiguration dès la phase de conception dans le cadre de l'ingénierie système en suivant une approche basée sur des normes et paradigmes commence à faire appel à plusieurs nouveaux travaux de recherche. Nous proposons une nouvelle approche basée sur l'ingénierie système pour concevoir les systèmes de production manufacturiers pour qu'ils soient reconfigurables du point de vue partie opérative et commande, en assurant la cohérence entre les modèles et en respectant les exigences de l'industrie nouvelle. Cette approche vise à guider le concepteur pour modéliser les systèmes manufacturiers en intégrant le concept de la reconfiguration dans le cadre de l'ingénierie système.Ensuite, les modèles développés des différents points de vue sont transformés suivant des règles prédéfinies vers des modèles d'architectures holoniques qui permettent de combler l'écart entre le processus de modélisation conceptuelle et le processus de simulation. Ces modèles holoniques sont exécutables par la technologie des systèmes multi-agents afin de faciliter leurs implémentations. Après, le concepteur sera capable de vérifier et valider par simulation les critères et les caractéristiques clés de la reconfiguration dans le but d'atteindre les indicateurs demandés. Les résultats obtenus montrent une réactivité efficace aux aléas internes et externes avec la configuration la plus adéquate. Nous avons choisi un système manufacturier reconfigurable qui est le système de conversion d'acier afin d'illustrer l'utilité et la fiabilité de l'approche proposée dans différents scénarios.
This book is the the English Language Version of the very successful German textbook, "Modellbildung und Simulation". It provides a self-contained and complete guide to the methods and mathematical background of modeling and simulation software of dynamic systems. Furthermore, an appropriate simulation software and a collection of dynamic system models (on the accompanying disk) are highlights of the book/software-Package.Dies ist die englischsprachige Ausgabe des sehr erfolgreichen Lehrbuches "Modellbildung und Simulation". Geboten wird eine vollständige Einführung in die Methoden der Simulation dynamischer Systeme, wobei auch der notwendige mathematische Hintergrund vermittelt wird. Außerdem ist eine Simulationssoftware Bestandteil des Werkes; auf der beiliegenden Diskette befinden sich ferner 50 Beispielsysteme ("Systemzoo"), die zur spielerischen Einübung der verwendeten Verfahren hilfreich sind.
La conception d'un avion demande une conception collaborative des systèmes qui le composent. Or les méthodologies de conception d'architecture physique de systèmes au sein des différentes équipes sont très variées. Pour obtenir plus d'interopérabilité entre ces différentes méthodologies nous étudions deux axes. 1er axe : L'uniformisation des outils logiciels de simulation physique grâce aux langages de modélisation équationnels orientés objet. Ces langages non causaux, orientés objet, permettent une modélisation par connexions physiques de blocs dont le comportement dynamique est décrit par des systèmes algèbro-différentiels. Ils peuvent être utilisé par différents domaines, favorisant ainsi les échanges de modèles de simulation physique et la réalisation de simulations physiques pluridisciplinaires permettant d'optimiser et valider plus tôt les choix d'architectures multi-systèmes. 2ème axe : Le développement d'ateliers de conception interopérables et customisés pour différents domaines grâce à l'ingénierie dirigée par les modèles. Nous proposons ici un cadre méthodologique d'utilisation des concepts et technologies de l'IDM pour concevoir des ateliers de conception d'architecture physique, customisés pour des domaines particuliers mais interopérables. Cette interopérabilité est héritée d'une part du choix des technologies utilisées pour supporter l'approche et d'autre part des recommandations que nous proposons pour le développement et l'utilisation de ces ateliers. Ces deux pistes se réunissent dans la réalisation d'un atelier d'aide à la conception de commandes de vol électromécanique, intégrant un module d'analyse physique pluridisciplinaire basé sur Modelica.
L’ingénierie système (IS) par les modèles MBSE est actuellement en vogue dans la communauté des pratiquants de l’IS, qu'ils soient analystes, architectes, développeurs ou testeurs. L'INCOSE a contribué fortement à la définition d'un langage pour la communauté dorénavant standardisé sous la norme ISO-19514: SysML. Toutefois, ce langage n’est associé par défaut à aucune démarche MBSE particulière. Cette difficulté majeure freine sa mise en oeuvre. Afin de la lever, cet ouvrage décrit, en plus de la notation SysML, une approche générique issue des grands principes d’IS et des normes relatives, servant de base à une démarche MBSE spécifique à construire, ceci afin de répondre aux spécificités du domaine des projets dans lequel les pratiquants évoluent. Pour dérouler de manière pragmatique la démarche, un exemple simplifié, mais réaliste, sert de fil conducteur depuis les besoins initiaux jusqu’à la validation du système, mettant en action l’outil de modélisation SysML Cameo Systems Modeler de No Magic.
Avec l'évolution des techniques de reconfiguration partielle pour les systèmes embarqués, le besoin d'un modèle de description capable de représenter ces comportements émerge. La plupart des outils disponibles sur le marché, tant académiques qu'industriels, ne prennent pas en compte la modélisation des systèmes à structure dynamique. L'émergence de la modélisation à évènements discrets, notamment Discrete Event System Specification (DEVS), propose des outils formels pour représenter et simuler des modèles. DEVS propose déjà des extensions capable de prendre en compte la modélisation à structure dynamique. Néanmoins, les possibilités offertes par ces extensions rencontrent certaines limites. En particulier, elles ne proposent pas de moyen de gérer l'aspect contexte des composants. De plus, les formalismes existants n'ont pas intégré l'approche ingénierie système. L'ingénierie système met en place des procédures intéressantes, notamment l'architecture dirigée par les modèles, qui propose de séparer la description du système de sa plateforme d'exécution. Un modèle spécifique à une plateforme est ainsi la résultante d'un modèle de description de la plateforme combiné avec un modèle d'application indépendant de toute plateforme. Pour répondre à ces besoins, nous proposons un formalisme de description de modèles prenant en compte ces deux aspects : la modélisation à structure dynamique, et l'ingénierie système. Ce formalisme est basé sur DEVS, et nommé Partially Reconfigurable Discrete Event System Specification (PRDEVS). PRDEVS permet de représenter les modèles à structure dynamique indépendamment de la plateforme de simulation. L'approche présentée peut être appliquée à différents types de cibles, tels le logiciel et le matériel reconfigurable. Cette thèse présente des mises en oeuvre du formalisme abstrait sur ces deux types de plateformes, démontrant ainsi sa capacité à être déployé sur des plateformes réelles.
NATO Advanced Institute Ottawa, Ontario/ Canada, July 26 - August 6, 1982
Les Journées Francophones de la Modélisation et de la Simulation. Ingénierie Dirigée par les Modèles pour la Théorie de la Modélisation et de la Simulation et les Systèmes Multi-Agents.