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L’ingénierie système appliquée à une problématique industrielle

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Présentation au sujet: "L’ingénierie système appliquée à une problématique industrielle"— Transcription de la présentation:

1 L’ingénierie système appliquée à une problématique industrielle
Soutenance de thèse: Contribution à l’intégration d’une liaison avionique sans fil. L’ingénierie système appliquée à une problématique industrielle Par : Johanna Berrebi Directeur de thèse : Daniel Krob Laboratoire d’accueil : LIX de l’Ecole Doctorale de Polytechnique Responsable : Louis Granboulan Entreprise d’accueil : EADS IW

2 Plan de présentation Introduction
Approche opérationnelle en phase amont (phase de montage et de préparation) d’un projet de conception d’un système innovant Approche opérationnelle en phase projet de conception d’un système innovant Approche fonctionnelle en phase projet de conception d’un système innovant Amorce d’une approche organique en phase projet de conception d’un système innovant Conclusion phase post innovation : l’approche organique en projet et post-projet

3 Introduction I Problématiques Motivation Les processus utilisés

4 Introduction: problématique
1.1 Les capteurs sont très utiles dans un aéronef Les câbles : Pèsent lourd Prennent de la place Complexifient les installations Certaines zones sont difficiles à instrumenter Poser de nouveaux capteurs sur un appareil existant est laborieux Remplacer les réseaux filaires par des réseaux sans fil est une solution mais représente un défi technologique considérable Propagation (cage de faraday) Contraintes environnementales sévères,

5 Introduction: motivation
1.2 Objectif technologique : Une meilleure connaissance de l’environnement et de la santé de l’aéronef Le gain sur le poids.. Le gain en flexibilité. Le gain en malléabilité et en évolutivité. Le gain sur la complexité. Le gain sur la fiabilité Contribution de la thèse Un véritable état de l’art et une étude de l’existant Des solutions à nos problèmes et des levées de verrous technologique Un enrichissement de la méthode basée sur les grandes théories de l’ingénierie système

6 Introduction: Les processus utilisés
1.3 Procédures Processus Point focal Résultat Technique Gestion de projet fonctionnel et technique Un produit innovant qui fonctionne Marketing Management de l’innovation Commercial Un produit innovant qui se vend bien (répond à un besoin) Systémique Ingénierie système Mission et priorité Un produit innovant qui fonctionne et répond à un besoin (se vend bien)

7 Introduction: mécanisme complet
1.3 Systémique  Marketing : Technique  Chapitre 2 Définir la finalité la valorisation et la motivation du système Production et sélection d’idée Revalorisation Si but non atteint Etat de l’art Définir les concepts système Analyse du besoin client Analyser l’environnement  Chapitre 3 Définir les missions du système Cartographie Définir les limites du système Montage Chapitre 4 Etablir l’architecture fonctionnelle Définition des exigences fonctionnelle Dériver et spécifier les exigences Chapitre 5 Sélection d’une ou plusieurs technologies et identification des points faibles Identifier les critères de sélection des technologies Préparation murissement et adaptation des technologies Conception physique ou technique Conception technique ou physique

8 II- Approche opérationnelle en phase amont
L’idée, la finalité  L’état de l’art L’analyse d’un besoin La définition d’un concept système :

9 Approche opérationnelle en phase amont: Une idée, une finalité
2.1 production et sélection d’idée Définir la finalité la valorisation et la motivation du système Conception technique Revalorisation Si but non atteint Constat de la situation : Entre 500 et 2000 capteurs Les capteurs sont utiles à la navigation ou à la maintenance On compte 500 kilomètres de câbles pesant prés de 3 tonnes. Finalités désirées Connaissance de l’environnement et de la santé de l’aéronef Une réduction du poids Une réduction de la complexité Une augmentation de l’évolutivité Une augmentation de la flexibilité Une augmentation de la fiabilité Idées proposées les ondes acoustiques Les ondes électromagnétiques radio

10 Approche opérationnelle en phase amont: Un état de l’art
2.2 Retour d’expérience aéronautique Retour d’expérience non aéronautique GTB et domotique WATTECO, société française spécialisée dans les solutions innovantes de communication dédiées à la Télésanté Suivi des infrastructures et de l’environnement Groupe d’étude WAIC : Wireless Avionics Intra-Communications Fly by Wireless (caneus) WISE (projet Européen FP6): WIreless SEnsors. Faire attention à l’architecture de l’aéronef Faire attention à l’avionique SACER (projet Pole de compétitivité Aerospace Valley) : Envisager l’UWB technologie la moins gourmande en énergie SWANS Smart wireless architecture network sensors (projet EUREKA/MEDEA+) ZigBee peu énergivore Zigbee est intéressant pour la portée SWAN Sensor wireless autonomous network. Modification de la couche MAC possible pour moduler la consommation énergétique ASTRAL Autonomous System for TRAnsmission WireLess 2.4 est un choix pertinent pour la bande de fréquence utilisée pour l’émission

11 Approche opérationnelle en phase amont: L’analyse d’un besoin
2.3 Analyse du marché et de la concurrence Avion Performance et compétitivité  Cout (allégement de l’avion) : réduction du poids Simplification du réseau (réduction du temps d’installation) : Instrumenter des zones difficilement instrumentables : Apporter un plus sécurité en ajoutant une redondance sans fil (redondance sans fil peu couteuse en poids)  Ajouter du health monitoring : possible grâce à la réduction du poids et a la flexibilité Hélicoptère Cout (allégement de l’hélicoptère) : réduction du poids (secondaire) Simplification du réseau (réduction du temps d’installation) : (secondaire) Instrumenter des zones en mouvement : augmentation de la flexibilité Lanceur Performance (Faire de la mesure au sol) : évolutivité et malléabilité Cout : la réduction du poids pour les mesures au sol est secondaire (sauf pour les réseaux non retirés au lancement) Ajouter du health monitoring : flexibilité Analyse du besoin client S1 (q1) Entrée avion: M basic M1 Sortie avion S (q2) Entrée hélico: M basic M2 Sortie hélico Sn (qn) Entrée lanceur Sortie lanceur M basic Mn

12 Approche opérationnelle en phase amont: La définition d’un concept système :
2.4 Analyse du besoin client Définir les concepts système Définir la finalité la valorisation et la motivation du système Analyser l’environnement  Concept système : vue d’ensemble Capteur spécifique + traitement du signal+ émission par antenne+ alimentation Tous les capteurs émettront un signal au concentrateur le plus proche Canal de transmission + antenne de réception + concentrateur (sur backbone filaire) Le signal sera acheminé vers le concentrateur par un canal de transmission sans fil selon un protocole donné Traitement du signal + alarme Le signal arrive au centre de décision et active l’alarme ou affiche une information selon le cas

13 Approche opérationnelle en phase amont: La définition d’un concept système :
2.4 Type de transformation Flux physique Flux informationnel Matière Energie Information Temps stockage accumulation mémorisation Espace transport communication Formes transformation traitement Type de système Flux entrant Flux sortant Physique Informationnel Système de transformation physique Système d’observation capteur Système d’action effecteur, actionneur Système de traitement d’information Système Traitement émission/réception antenne Périmètre système Nœud capteur Capteur et conditionnement Energie : - Réseau interne - Piles/batteries - Harvesting Traitement émission/réception antenne Bus aéronef Périmètre système Nœud concentrateur

14 III- Approche opérationnelle en phase projet de conception d’un système innovant
Définition du système SAHARA Définition des limites du système : périmètre Discussion sur les verrous technologiques Quelle est la mission du système ? Niveau Organico-technique Quels sont les éléments constitutifs des sous-processus identifiés? Quel sont les (sous)-processus à mettre en œuvre pour que le système remplisse sa mission? fonctionnel opérationnel Mission Fonctions Constituants Hommes Hard et software

15 Approche opérationnelle: Définition du système
3.1 Une vision applicative: avion, lanceur, hélicoptère Voilure, structure aéronef Train d'atterrissage ou mécanique en mouvement, ou ensemble arrimés Instrumentation banc moteur et environnement moteur Applications de télémesure Applications de suivi des conditions, Surveillance des ambiances avec des capteurs de hautes et basses cadences Instrumentation pales (sondes températures, efforts, Pression)

16 Approche opérationnelle: Définition du système
3.1 Une vision environnementale: les acteurs Normes sanitaires Normes aéronautiques Normes ITU SAHARA Système électrique Système configuration de l’aéronef Système mécanique Système propulsion et auxiliaire Système conditionnement de l’air Système hydraulique Système avionique Système ingénierie Système client Système législatif Système environnemental Système technologique Aéronef Operateurs: pilote, maintenance Aéronefs Client indirect: compagnie aérienne passager Environnement extérieur Client direct: systémier équipementier Sahara Technologie disponible Conception Fabrication Technologie en incubation Certification Maintenance

17 Approche opérationnelle: Définition du système
3.1 Une mission accomplie pour chaque acteur Définir les concepts système Nombre de tentatives <x Analyser l’environnement  Répare les défaillances de l’appareil Modifie l’appréhension de son environnement Donne des informations sur l’environnement de l’appareil Donne des informations sur la santé de l’appareil Pilote Equipe de maintenance Sahara Définir les missions du système

18 Approche opérationnelle: Définition du système
3.1 Un scenario opérationnel Reçois des données physiques qu’il traite et compare aux normes attendues Reçois la valeur des informations anormales Transmet les informations recueillies Reçois les informations normale RAS Sahara Pilote Normal Anormal Transmet les informations recueillies accompagnées d’un signal d’alarme Fin Demande confirmation Nb alarme>2 Nb alarme<2 Modification du comportement du pilote

19 Approche opérationnelle: Cartographie
3.1 Contexte aéronautique (hélicoptère, avion lanceur) entrainant son lot de contraintes (espace confiné etc…) Besoins: alléger, instrumentaliser, malléabiliser Mission: traiter et transmettre des informations d’un point A à un point B Contraintes spécifique: Temps de maintenance et d’installation inferieure ou égale à l’actuel Poids inferieur au câblage actuel Ne perturbant pas et ne se laissant pas perturber par l’environnement direct ( avionique) et indirect (radar téléphone etc…) Système Sahara pilote et Prend des décisions ou pas en fonction des informations transmises I nter f ace Répare ou pas en fonction des informations transmises Pilote Maintenance Récupère des informations sur son environnement (stimulus physique) Capteur A B Environnement des aéronefs

20 Approche opérationnelle: Définition des limites du système
3.3 Définir les concepts système Un système borné Analyser l’environnement  Définir les missions du système Définir les limites du système

21 Approche opérationnelle: Identification des verrous technologiques
3.3 Verrous technologiques réels et choix des bornes Robustesse de transmission (tolérance aux perturbations) et fiabilité Disponibilité de fréquences et compatibilité électromagnétique Sécurité (intégrité, confidentialité, usurpation) Communication sans fil sous contraintes de temps réel et d’énergie

22 IV- Approche fonctionnelle en phase projet de conception d’un système innovant
Analyse et conception fonctionnelle : architecture fonctionnelle Analyse et dérivation des exigences de haut niveau Spécification des exigences Quelle est la mission du système ? Niveau Organico-technique Quels sont les éléments constitutifs des sous-processus identifiés? Quel sont les (sous)-processus à mettre en œuvre pour que le système remplisse sa mission? fonctionnel opérationnel Mission Fonctions Constituants Hommes Hard et software

23 Approche fonctionnelle: Analyse et conception fonctionnelle : architecture fonctionnelle
4.1 Définir les fonctions de service du système et leurs contraintes Briefing marketing à destination de la R&D Architecture fonctionnelle

24 Approche fonctionnelle: Analyse et dérivation des exigences de haut niveau
4.2 Exigence de haut niveau des différentes parties prenantes REQ.HN.1 : Exigence aéronef REQ.HN.2 : Exigence environnement REQ.HN. 3 : Exigence technologie disponible REQ.HN.4 : Exigence technologie en incubation REQ.HN.5 : Exigence maintenance REQ.HN.6 : Exigence certification REQ.HN.7 : Exigence conception REQ.HN.8 : Exigence fabrication REQ.HN.9 : Exigence Client direct REQ.HN.10 : Exigence client indirect REQ.HN.11 : Exigence operateur REQ.HN.12 : Exigence normes ITU REQ.HN.13 : Exigence normes aéronautique REQ.HN.14 : Exigence normes sanitaires Analyser l’environnement  Architecture fonctionnelle Dérivation et spécification des exigences Définition des exigences fonctionnelle SAHARA Système électrique Système configuration de l’aéronef Système mécanique Système propulsion et auxiliaire Système conditionnement de l’air Système hydraulique Système avionique Système ingénierie Système client Système législatif Système environnemental Système technologique Aéronef Normes aéronautiques Normes ITU Normes sanitaires Aéronefs Environnement extérieur Technologie disponible Technologie en incubation Operateurs: pilote, maintenance Client direct: systémier équipementier Conception Certification Client indirect: compagnie aérienne passager Fabrication Maintenance Sahara

25 Approche fonctionnelle: Spécification des exigences
4.3 Exigences projet Exigences fonctionnelles et organiques  Générales Architecture physique Modes Communication / protocole Liaison RF Mémoire Gestion des pannes et maintenance Energie Dimensions terminaux, routeurs et concentrateurs Matériel Plateformes d’essais et environnement des démonstrateurs.

26 V- Amorce d’une approche organique en phase projet de conception d’un système innovant
Critères de sélection des technologies Technologies finalement sélectionnées Approche organique en phase projet Préparation et adaptation des protocoles sélectionnés Quelle est la mission du système ? Niveau Organico-technique Quels sont les éléments constitutifs des sous-processus identifiés? Quel sont les (sous)-processus à mettre en œuvre pour que le système remplisse sa mission? fonctionnel opérationnel Mission Fonctions Constituants Hommes Hard et software

27 Amorce d’une approche organique: critères de sélection des technologies
5.1 Dériver et spécifier les exigences Critères problématiques Identifier les critères de sélection des technologies Débit Déterminisme Délai Energie Tolérance aux pertes Différenciation de services Robustesse et Fiabilité X Disponibilité Fréquentielle et CEM Sécurité Temps réel et Energie Critères primaires Critères secondaire Critères tertiaires Débit Déterminisme Différenciation de service Délai Economie d’énergie Tolérance aux pertes / Robustesse Volume Masse Packaging

28 Amorce d’une approche organique: Technologies finalement sélectionnées
5.2 Etat de l’art Débit Consommation énergétique Portée Déterminis me Zigbee 250 kb/s 20 mA– 40 mA < 30m -Oui en mono saut. -Extension possible en multi sauts. Wifi Low Power Plus de 1 Mb/s jusqu’à 54 Mb/s Rx: 35 mA Sleep: 4 A 200m (outdoo r) NON UWB 1 Mb/s 27Mb/s ( a) <30m Bluetooth Tx : 24 mA Rx : 19.6 mA <10 m Oui en mono saut Définition des exigences fonctionnelle Identifier les critères de sélection des technologies Sélection d’une ou plusieurs technologies et identification des points faibles

29 Amorce d’une approche organique: Type d’architecture
5.3 Typologie ilot mono technologique Typologie étoile mono technologique Architecture du démonstrateur Sahara Architecture de recherche

30 Amorce d’une approche organique: Préparation et adaptation des protocoles
5.4 Etat de l’art Objectif d’Amélioration Moyen Innovant Investigué Débit Accès au Médium Multi-canal Concentrateur multi-interfaces homogènes Déterminisme Accès au médium déterministe en mono-saut Robustesse aux perturbations Sélection des meilleurs canaux à utiliser Consommation d’énergie Ordonnancement des périodes d’activité et d’inactivité Sélection d’une ou plusieurs technologies et identification des points faibles Préparation murissement et adaptation des technologies

31 VI- Conclusion phase post innovation : l’approche organique en projet et post-projet
Point d’amélioration Alimentation adaptée (énergie harvesting ou batteries d’autonomie prolongée. Choix de modélisation: il n’existe pas qu’une seule solution. Obsolescence des technologies Essais sur le nouveau produit Essai sur les lignes Réalisation du produit Tests Fabrication et essai du démonstrateur Outils d’analyse de performance et tenue en environnement Validation Planification, Animation, Contrôle

32 Question??


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