Sujet de Thèse
Titre :
COSPESIM - Co-spécification système de modèles systèmes en co-simulation
Dates :
2021/10/01 - 2024/09/30
Encadrant(s) : 
Autre(s) encadrant(s) :
Pr CHEVRIER Vincent (vincent.chevrier@univ-lorraine.fr)
Description :
Le département ISET, développe depuis plusieurs années des activités de recherche dans le domaine de l'Ingénierie des Systèmes Complexes (thèses Evrot D. (2008), Dobre D. (2010), Bouffaron F. (2016), Wu Q. (2020). Ces travaux ont porté sur la formalisation des pratiques d'Ingénierie Système (Basée sur les Modèles (MBSE) avec comme objectif de fonder les processus, modèles et méthodes d'Ingénierie Système (IS), afin de faciliter leur appropriation et leur mise en oeuvre opérationnelle dans des contextes industriels complexes et évolutifs.
L'équipe SIMBIOT du LORIA mène quant à elle des travaux sur la multi-modélisation et la co-simulation afin de représenter un système complexe comme un ensemble de sous-systèmes hétérogènes en interaction (thèses de Siebert J. (2011), Camus B. (2015), Vaubourg J. (2017), Paris T. (2019) et deux en cours). Elle développe et maintient la plateforme de co-simulation MECSYCO, permettant l'intégration rigoureuse de différents modèles et de leurs simulateurs. Ce logiciel est utilisé pour différentes applications en relation avec le domaine de l'énergie (Vaubourg et al. 2015 avec EDF R&D) ou d'enseignement (Paris et al. 2019).
Ainsi, il s'agit pour les deux équipes de partager leurs expertises respectives pour proposer une méthode de conception d'un modèle système de co-simulation à partir d'une co-spécification système.

En IS, les problèmes rencontrés par les industriels sont le manque de vision globale système, dû à une vision cloisonnée (silos de connaissance) des systèmes à développer selon les domaines disciplinaires concernés, ainsi que le manque d'agilité des processus qui ne favorise pas leur adoption. Ces problèmes conduisent à des dépassements de délais et de coûts dans les projets d'IS ainsi qu'à la non-satisfaction des exigences clients.
Pour remédier à ces problèmes (manque de vision globale, manque d'agilité des processus), les travaux développés par ISET ont porté sur la formalisation du processus de spécification (D. Dobre 2010) impliquant les différents acteurs d'ingénierie (système et disciplinaires), puis sur une spécification système construite collaborativement et sur son exécution (co-spécification exécutable) (F. Bouffaron 2016). Dans un second temps, pour agir sur l'adoption d'une démarche de MBSE en entreprise, la thèse de Q. Wu porte sur la capitalisation du savoir-faire d'ingénierie sous forme de patrons de modélisation (création de bibliothèque, identification, recherche de patrons) et sur l'évaluation de la maturité du processus de réutilisation.

Dans cette thèse nous souhaitons prolonger les travaux sur la co-spécification système exécutable basée sur des modèles en faisant appel à la co-simulation. L'idée défendue est de disposer dès le début et tout au long du processus d'ingénierie d'un modèle exécutable de la spécification, depuis une vision système jusqu'aux niveaux de conception détaillée des architectures (métiers). Ce modèle permettrait, de manière agile, à chaque niveau d'abstraction système, par raffinements successifs, d'avoir une vision unique, globale et partageable du système à faire et d'évaluer la spécification en cours de développement : V&V et analyse. Au-delà de l'ingénierie, ce modèle permettrait de prolonger la démarche vers l'Intégration, en vérifiant et validant les développements métiers des composants, modules, logiciels par des mécanismes généraux de type « X in the loop », (Model, Hardware, Software).
Dans la communauté, un nouveau métier a émergé pour répondre à ces besoins d'architecture et d'intégration de modèles : Architecte de simulation (F. Retho 2015 et G. Sirin 2015), en interface entre l'architecte système (AS garant de la vision d'ensemble) et les experts métiers. Son rôle consiste, à partir de requêtes de l'AS, de spécifier un modèle d'intention à destination des experts métiers, retournant un modèle de réalisation à intégrer pour construire une (co-)simulation système.
Du point de vue de la co-simulation, les travaux récents du LORIA (Paris 2019) rendent possible l'intégration incrémentale des simulateurs pour construire la co-simulation d'un système cible (jumeau numérique). La démarche est ascendante, par composition de modèles logiciels existants. Cependant, dans le cas de systèmes complexes, cette démarche intégrative, atteint ses limites et ne garantit pas la cohérence et la validation du tout. Il s'agit donc de disposer d'une méthode de construction d'un modèle de co-simulation d'un système (existant ou en développement) garantissant la cohérence et la validité du modèle de co-simulation.

Les verrous à lever dans cet objectif concernent :
- La conception de l'architecture du modèle de co-simulation à partir du modèle du système selon le niveau d'avancée du projet (passage des artefacts système à la spécification des éléments du modèle de co-simulation, définition des interactions entre modèle système et modèles métiers de simulation, évaluation/vérification de propriétés système à chaque étape).
- L'extension des mécanismes de co-spécification système (Bouffaron 2016) à la construction d'un modèle système co-simulable (mécanismes d'interaction entre AS, architecte simulation/modèle et les experts métiers);
- La définition du processus de spécification d'un modèle d'intention, par l'architecte de simulation;
- La validation des contributions sur le cas d'étude de l'APHEEN pour la co-simulation des comportements thermiques d'un bâtiment en vue de l'optimisation des consommations énergétiques.

Les résultats principaux consistent en une méthode de conception d'un modèle système de co-simulation à partir d'une co-spécification système, garantissant la cohérence du tout depuis le niveau système jusqu'aux niveaux les plus détaillés de la conception des architectures (métiers).
D'autres contributions sont attendues :
- Sur un plan applicatif, grâce à la collaboration avec l'APHEEN, un prototype sera construit avec des exigences concrètes et des composants pouvant être validés vis-à-vis du système réel.
- Sur un plan sociétal, la rénovation énergétique des bâtiments existants est un enjeu crucial. Cette thèse apportera des éléments méthodologiques permettant la construction du jumeau numérique d'un bâtiment.
- Sur un plan logiciel, la plateforme Mecsyco distribuée sous licence AGP sera enrichie de fonctionnalités associées au processus d'ingénierie système
Mots clés :
Ingénierie Système, Co-simulation, Co-spécification, Jumeau Numérique, Modèles thermiques
Conditions :
Durée : 3 ans
Employeur :
Lieu : CRAN/LORIA
Rémunération :
Profil attendu : Master Ingénierie de Systèmes Complexes, Télécom Nancy, Master Informatique
Département(s) : 
Ingénierie des Systèmes Eco-Techniques
Financement :
Demande financement FCH et Région Grand Est