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ingénierie des systèmes basée sur les modèles
Publication : 2 décembre 2023
Contributeurs : Amanda McGrath, Alexandra Jonker
L’ingénierie des systèmes basée sur des modèles (MBSE) est une méthodologie qui utilise des modèles tout au long du cycle de vie d’un système, de sa conception aux activités de vérification et de validation, jusqu’à sa mise hors service.
Contrairement aux méthodes d’ingénierie traditionnelles qui reposent sur des documents texte et des processus manuels, la MBSE utilise la modélisation numérique et la simulation pour concevoir des systèmes. Ces modèles offrent un moyen visuel et interactif de représenter les composants du système et leurs connexions. Cette approche est particulièrement utile pour les systèmes et interfaces complexes.
Les modèles numériques sont également plus faciles à mettre à jour. Non seulement cela rend la MBSE plus efficace que les méthodes traditionnelles, mais cela peut aussi apporter plus de clarté, réduire le risque d’erreur et améliorer la communication et la prise de décision au sein des équipes d’ingénieurs et des autres parties prenantes. Cela garantit la cohérence des informations pendant toutes les phases du cycle de vie du projet.
L’ingénierie des systèmes basée sur des modèles présente plusieurs avantages par rapport aux approches d’ingénierie traditionnelles pour la conception de systèmes et de sous-systèmes complexes :
La nature visuelle et interactive des modèles aide les différentes parties prenantes à mieux comprendre le processus de développement et leur permet d’y contribuer plus facilement.
La MBSE réduit le risque d’erreurs et d’incohérences, courants dans les systèmes centrés sur les documents, car elle permet une meilleure traçabilité. Les modèles fournissent une source d’information unique : toutes les parties prenantes travaillent ainsi avec les mêmes informations et peuvent rapidement identifier les problèmes au niveau du système.
En permettant la détection et la correction précoces des problèmes, la MBSE peut considérablement réduire le temps et les coûts de développement. Cette approche accélère les analyses, avec des simulations et des itérations rapides, et elle peut faciliter l’automatisation.
La MBSE est utile lorsque vous travaillez avec un « système de systèmes » ou tout autre projet qui regroupe les ressources de plusieurs systèmes pour en créer un plus complexe, car cette méthode permet une représentation claire et ouverte des relations et dépendances complexes au sein d’un système.
La MBSE peut être adaptée à des projets de différentes ampleurs et de divers niveaux de complexité, ce qui en fait une approche polyvalente adaptée à un large éventail d’applications. Cette méthodologie peut également faciliter le développement des produits tout au long de leur cycle de vie.
La MBSE compte trois composants principaux : tout d’abord, le modèle d’architecture des systèmes (SAM), la source d’information unique du projet. Ensuite, vient le logiciel de simulation technique qui détermine si ce qui se trouve dans le SAM correspond aux exigences définies et s’il fonctionne comme prévu. Enfin, un centre de calcul centralisé, cloud ou physique, exécute toutes les fonctions et stocke les résultats. Ensemble, ces éléments constituent le fil numérique, qui garantit que lorsque des mises à jour sont apportées à un modèle, elles sont ensuite répercutées sur tous les autres modèles du système.
L’ingénierie des systèmes basée sur des modèles est une série de phases interconnectées qui guident le développement du système, de sa conception à sa réalisation.
Tout d’abord, les parties prenantes définissent les objectifs du système et le contexte dans lequel il fonctionnera. Ces besoins sont ensuite traduits en exigences système spécifiques et mesurables. La modélisation de données et les outils MBSE permettent de créer un modèle détaillé qui capture ces exigences, pour garantir leur cohérence et leur alignement avec les objectifs généraux. Tout au long de la conception de l’architecture du système, sa structure globale est développée.
Une fois l’architecture en place, la conception plus détaillée des composants individuels commence. Avec la MBSE, il est possible de simuler le comportement des systèmes, permettant aux ingénieurs de tester et d’affiner leurs conceptions dans un environnement virtuel. Ils peuvent ainsi identifier et résoudre les problèmes avant la création de prototypes physiques.
De là, le système est créé et assemblé, en utilisant le modèle comme référence pour assurer la cohérence. Les processus de vérification, de test et de validation viennent ensuite, pour s’assurer que le système fonctionne comme prévu. Une fois déployés, les modèles MBSE peuvent être utilisés pour les activités de maintenance et toute future mise à niveau du système, garantissant ainsi qu’il s’adapte à l’évolution des besoins tout au long de son cycle de vie.
Les approches MBSE sont utilisées dans de nombreux secteurs, en particulier le développement de logiciels et l’ingénierie logicielle. Voici quelques exemples majeurs :
La NASA est un exemple d’organisation célèbre qui emploie la méthodologie MBSE. Pour les projets complexes tels que les engins spatiaux et les systèmes satellites, la NASA fait appel à la MBSE pour gérer les interactions élaborées entre les différents systèmes et pour simuler divers scénarios de missions spatiales, réduisant ainsi considérablement les risques associés à l’exploration spatiale.
Les grands constructeurs automobiles comme Ford et BMW ont intégré la méthode MBSE dans la conception de leurs véhicules. Cette approche permet de gérer la complexité croissante des véhicules modernes, qui sont désormais équipés de composants électroniques et de logiciels avancés.
Le département de la Défense des États-Unis (DoD) utilise la MBSE pour le développement de ses systèmes de défense. Des systèmes d’armes aux réseaux de surveillance et de communication.
Les entreprises du secteur des télécommunications utilisent l’approche MBSE pour concevoir et gérer des systèmes de réseaux complexes. Cela inclut le développement d’infrastructures pour les technologies émergentes telles que la 5G, où la MBSE contribue à optimiser les configurations réseau et à garantir des communications fiables à haut débit.
En tant qu’approche appartenant au domaine de l’ingénierie des systèmes, la MBSE s’appuie sur divers outils et langages, allant de simples applications de création de diagrammes, feuilles de calcul, outils de modélisation et plateformes de workflow à des logiciels plus sophistiqués. Voici quelques exemples :
- SysML (System Modeling Language) : SysML est un langage de modélisation graphique qui étend le langage UML (Unified Modeling Language) et qui est spécialement adapté à l’ingénierie des systèmes. Ce langage permet de représenter les systèmes de manière standardisée, avec divers diagrammes qui permettent de visualiser les composants et comportements du système.
- Outils logiciels MBSE : les outils logiciels spécialement conçus pour l’approche MBSE fournissent des environnements de création, de modification et de gestion des modèles SysML. Ils facilitent la collaboration, le contrôle des versions et l’intégration avec d’autres outils d’ingénierie.
- Outils de simulation et d’analyse : la méthode MBSE implique souvent l’utilisation d’outils de simulation pour les tests et l’analyse des systèmes. Les jumeaux numériques, ou représentations virtuelles d’objets ou de systèmes tout au long de leur cycle de vie, servent de copie dynamique pour les tests qui permettent de voir comment un système se comporte dans différentes conditions. Cela permet d’identifier les problèmes potentiels et d’optimiser les performances.
- Outils de gestion des exigences : le suivi des exigences système est primordial dans les projets complexes, c’est pourquoi des outils sont utilisés pour s’assurer qu’elles sont toutes capturées, suivies et compatibles avec la conception du système.
La MBSE est particulièrement recommandée pour les gros projets élaborés, car cette approche permet d’en gérer la complexité et facilite la communication entre les grandes équipes. Mais elle peut également être adaptée à des projets plus modestes, pour une communication améliorée et des erreurs réduites. La MBSE peut également être mise en œuvre progressivement, pour un suivi et une organisation faciles des projets à mesure de leur développement. Cela peut s’avérer utile pour l’ingénierie numérique et d’autres disciplines du domaine.
En permettant une allocation plus efficace des ressources, en réduisant les déchets et en facilitant la conception de systèmes moins énergivores, la méthodologie MBSE peut contribuer à la réalisation des objectifs de développement durable. Son accent sur une vision holistique et intégrée des systèmes permet de développer des solutions qui sont non seulement techniquement solides, mais également respectueuses de l’environnement.
Avec la MBSE, les ingénieurs peuvent modéliser et simuler l’impact environnemental de leurs conceptions avant leur création. Ainsi, ils peuvent identifier et atténuer les risques potentiels pour l’environnement dès le début du processus de développement. La méthodologie facilite également l’intégration de sources d’énergie renouvelables et de matériaux durables dans la conception des systèmes, favorisant ainsi la création de solutions respectueuses de l’environnement. Et en optimisant la conception et l’efficacité opérationnelle, la MBSE contribue à limiter l’empreinte environnementale des nouveaux projets en veillant à ce qu’ils consomment moins d’énergie et de ressources, contribuant ainsi à une réduction des émissions de carbone et à l’atténuation d’autres conséquences sur l’environnement.
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