L’ingénierie d’un système complexe est une entreprise colossale. « La méthode traditionnelle se concentre d’abord sur la structure – les pièces et leurs liaisons – et suppose qu’une organisation adéquate des pièces en interaction produira le comportement attendu », explique Hillary Sillitto, ingénieure agréée, affiliée au Conseil international de l’ingénierie des systèmes (INCOSE) et écrivain écossaise.
Toutefois, cette approche donnant la priorité à la structure laisse le champ libre à des conflits entre les sous-systèmes. « Il existe tellement d’interactions potentielles que cette approche ne peut pas garantir l’absence d’autres propriétés ou comportements indésirables ou inacceptables », précise Hillary Sillitto.
Par ailleurs, la montée en puissance de l’Internet des objets multiplie les défis. « La croissance exponentielle de cette interconnectivité accentue la complexité, la fréquence et la propagation des interactions dans les systèmes », déclare Troy Peterson, associé et ingénieur en chef du cabinet de conseil américain Booz Allen Hamilton, directeur adjoint pour la transformation de l’ingénierie des systèmes à l’INCOSE et ancien ingénieur principal chez Ford Motor Company.
Le fabricant allemand d’électroménager Miele, leader du développement des produits conçus pour l’IdO, connaît bien ces questions. « Les caractéristiques des produits résultent de plus en plus de combinaisons complexes entre matériel et logiciel », indique Matthias Knoke, directeur du développement des produits virtuels chez Miele. « De nombreuses fonctions traditionnellement mécaniques ont été supplantées par des sous-ensembles mécatroniques qui augmentent considérablement la palette de fonctionnalités. Il devient nécessaire de consulter et d’impliquer simultanément un nombre croissant de disciplines. Le développement et les méthodes d’essai classiques ne suffisent plus. »
UNE INGÉNIERIE DES SYSTÈMES BASÉE SUR LES MODÈLES
Les entreprises s’intéressent de plus en plus au potentiel d’une approche basée sur les modèles d’ingénierie des systèmes (MBSE), qui utilise des simulations virtuelles pour maîtriser la complexité technique qui en découle. La MBSE, définie par l’INCOSE comme « l’application formalisée de la modélisation pour supporter les exigences, l’analyse, la conception, la vérification et la validation du système, qui commence par la phase de définition du concept et se poursuit tout au long du développement et des phases ultérieures du cycle de vie », permet de résoudre nombre de difficultés auxquelles sont confrontées les entreprises d’équipement industriel.
GRÂCE AUX REPRÉSENTATIONS NUMÉRIQUES EN 3D, « NOUS AVONS ÉVITÉ DE DÉPENSER DE L’ARGENT POUR RÉPARER QUELQUE CHOSE QUI N’ÉTAIT PAS CASSÉ, TOUT EN PRÉSERVANT LE TEMPS DE DISPONIBILITÉ ET LES PERFORMANCES POUR NOS CLIENTS. »
Paul Boris
DIRECTEUR DE LA PRODUCTION INDUSTRIELLE, GE DIGITAL
Miele en récolte déjà les fruits. « La MBSE aborde la complexité du produit d’une manière systématique et la rend plus facile à gérer », déclare Matthias Knoke. « Le délai de développement des produits est ainsi réduit, ainsi que les dépenses de recherche et développement. De plus, la coopération et la communication entre les diverses disciplines s’en trouvent améliorées. »
L’entreprise GE basée à Fairfield, dans le Connecticut, fournisseur mondial de systèmes d’équipement industriel allant des turbines destinées aux services collectifs jusqu’aux moteurs d’avion, constate également les avantages de la MBSE. « Cette démarche est capitale pour deux raisons fondamentales », indique Paul Boris, directeur de la production industrielle chez GE Digital. « En construisant une représentation numérique, nous sommes en mesure d’y inclure les conditions et les contraintes subies par une machine. Nous avions par exemple un certain nombre de moteurs d’avion dont le schéma d’usure ne correspondait pas aux attentes. Au lieu de tous les mettre hors service dans l’espoir d’identifier le problème, nous nous sommes servis de la représentation numérique pour cartographier l’utilisation de ces appareils spécifiques. »
GE a découvert que leur utilisation précipitait le déclin des performances. « La poussière d’une région du monde ne ressemble pas à celle d’une autre. Nous avons alors élaboré un système de nettoyage pour corriger ceci. Le problème ne se posait qu’avec des moteurs bien précis, dans des régions bien spécifiques ciblant la réparation. Nous avons évité de dépenser de l’argent pour réparer quelque chose qui n’était pas cassé, tout en préservant le temps de disponibilité et les performances pour nos clients. »
La NASA a elle aussi adopté des techniques de MBSE pour faire face à la complexité croissante de ses missions de vol spatial. « La MBSE nous permet de réunir les informations du projet dans une seule base de données de référence et de communiquer efficacement ces informations à une large communauté d’utilisateurs », annonce Brian Cooke, ingénieur système au laboratoire Jet Propulsion Laboratory à Pasadena, en Californie. Brian Cooke travaille actuellement au projet Europa de la NASA, destiné à explorer la lune Europa de Jupiter après 2020.
ACCÉLÉRER LA DIFFUSION
L’adoption de la MBSE se limite néanmoins à une poignée d’exemples pratiques. Roman Dumitrescu, directeur général de la stratégie et de la R&D du réseau technologie « it’s OWL » (Intelligent Technical Systems OstWestfalenLippe) et directeur du service d’ingénierie des systèmes de Fraunhofer Project Group for Mechatronic Systems Design, en Allemagne, souligne que plusieurs facteurs limitent la diffusion de la MBSE.
« Il manque une norme de MBSE incluant des processus bien définis de mise en œuvre et des profils spécifiques pour la modélisation des systèmes techniques complexes », regrette Roman Dumitrescu. « De plus, le nombre d’ingénieurs capables d’utiliser la MBSE est insuffisant et il n’existe pratiquement pas de formation professionnelle. »
Selon Roman Dumitrescu, pour que la MBSE soit adoptée à grande échelle, il faudrait que les entreprises d’équipement industriel définissent leurs propres méthodologies MBSE à partir de projets réels. « Les entreprises devraient commencer par des systèmes assez peu complexes, mais également travailler sur les processus et le langage », précise-t-il. « Elles doivent familiariser tous leurs ingénieurs avec la MBSE et créer de petites équipes de maîtres de la MBSE. »
Troy Peterson abonde dans ce sens : « Un projet pilote à la bonne échelle, bien défini et disposant des ressources appropriées peut, même s’il est petit, démontrer tout l’intérêt de la MBSE. Cependant, il ne s’agit pas d’un remède miracle. L’adoption d’une démarche basée sur les modèles qui met en relation les modèles de différentes disciplines et différents domaines exige des investissements, de l’implication, des qualités de management et de l’expertise si l’on veut en faire un atout pérenne ou acquérir un avantage concurrentiel. » ◆
