Approche virtuelle pour la conception et le développement de systèmes mécatroniques - Méthodologie
Résumé
Pour offrir des services nouveaux et des performances accrues dans le respect de l’environnement, la plupart des produits industriels, meme les plus simples, deviennent plus intelligents et plus evolutifs grace a l’introduction massive d’informatique et d’electronique. Les systemes de transmission de puissance mecanique tirent eux aussi profit de cette evolution. En integrant toujours plus d’electronique et d’informatique, ils deviennent de plus en plus mecatroniques. C’est ainsi que plus de 30 % de la valeur d’une automobile de milieu de gamme est aujourd’hui lie a l’informatique et a l’electronique : on ne compte pas moins d’une bonne vingtaine de processeurs sur ces ve hicules.L’amelioration des performances, la recherche de fonctionnalites nouvelles, la reduction des couts et la maıtrise de l’impact environnemental sont autant d’objectifs contradictoires qui posent des challenges constants pour la conception et le developpement. Pour repondre a ces besoins, les produits mecatroniques ont naturellement tendance a se complexifier. Ils se presentent alors comme des systemes technologiques complexes dans lesquels de nombreux elements de technologies tres variees interagissent fortement. Par exemple, sur un avion gros porteur, les commandes de vol impliquent plus de 50 actionneurs de commande de vol qui comportent des elements mecaniques, hydrauliques, electrotechniques, electroniques analogiques et numeriques, thermiques, et qui interagissent avec les reseaux de puissance electriques et hydrauliques, les reseaux d’information, la cellule, l’avionique, etc. Bien etablie industriellement domaine par domaine, la conception des systemes mecatroniques basee sur les mode les est encore delicate a mettre en oeuvre efficacement. Certes, de nombreux logiciels commerciaux sont desormais disponibles, mais ils sont encore souvent dedies a des types d’activites (par exemple synthese de la commande ou dimensionnement en resistance mecanique) ou ades domaines technologiques (par exemple systemes mecaniques poly-articules, mecanique des fluides ou electrotechnique). Malheureusement, les concepteurs et developpeurs sont souvent demunis des lors qu’ils veulent appliquer une demarche integree basee sur les modeles. Malgre cette diversite de l’offre logicielle, ils manquent de methodologies structurees pour mettre en oeuvre efficacement une approche virtuelle avec une vision syste`me (fortes et multiples interactions) sur des produits mecatroniques (par nature multidisciplinaires) et pour des taches variees (architectures, analyse, dimensionnement, integration et verification, etc.). Pour concevoir ces systemes me catroniques, il est donc interessant de s’appuyer sur les processus d’ingenierie des systemes tels qu’ils sont de finis dans des standards ou dans des guides de bonnes pratiques dedies a un secteur industriel particulier. Initialement concus pour les systemes complexes, ces processus se propagent rapidement des integrateurs (par exemple constructeurs d’avions ou d’automobiles) aux systemiers (par exemple fournisseurs de commandes de vol ou de systemes de freinage) puis aux equipementiers (par exemple fournisseurs de servocommandes ou d’antiblocage de roue) et meme aux fournisseurs d’organes (par exemple de pompe d’actionneur de commande de vol ou electrovanne proportionnelle d’ABS). La complexite de la conception et du developpement est reduite par decomposition du produit en niveaux (par exemple produit, systemes, sous-systemes, equipements, organes, composants elementaires) et pour chaque niveau en activites (par exemple exigences, architectures, dimensionnement, fabrication/ integration, essais). La virtualisation, c’est-a -dire le recours a des modeles numeriques de la realite , est un moyen efficace de reduire la duree des cycles de developpement, des risques et des couts. La dematerialisation permet ainsi de proceder a des iterations multiples et rapides pour evaluer les concepts, prevoir les performances des produits, ou meme les optimiser et les robustifier (c’est-a-dire maintenir le niveau de performance au cours de la vie operationnelle).