Sujet de Postdoc

Ce sujet de postdoctorat s'inscrit dans une dynamique de transformation numérique des procédés industriels de fabrication et de contrôle de tuyauteries de l'entreprise Fives Nordon. Les opérations réalisées en atelier et sur chantier reposent encore largement sur des activités manuelles ou semi-automatisées, impliquant une gestion complexe des flux physiques, des données de production et des opérations de contrôle. Dans ce contexte, les enjeux industriels concernent l'amélioration du suivi des opérations, la traçabilité des fabrications, la supervision temps réel des ateliers, l'anticipation des dysfonctionnements ainsi que l'aide à la décision pour le pilotage opérationnel. Pour répondre à cela, la piste choisie par le CRAN est de mettre en place oeuvre un jumeau numérique chantier et atelier en proposant de développer une démarche de conception et d'implémentation d'un jumeau numérique connecté au système réel de fabrication de tuyauteries de Fives Nordon. L'objectif est de disposer d'un modèle numérique permettant une aide à la décision à plusieurs niveaux : - l'évaluation de scénarios d'implantation et d'organisation des postes de travail afin d'estimer des indicateurs prévisionnels de production. - Le suivi de l'état de l'atelier et des produits en cours de fabrication. - La prévision des états futurs de l'atelier - l'évaluation de possibles actions correctives en cas de détection de dysfonctionnements. Les travaux s'appuieront sur des recherches récentes relatives aux jumeaux numériques, au Model-Based Systems Engineering (MBSE), aux systèmes cyber-physiques, à la synchronisation réel/virtuel, à la simulation industrielle ainsi qu'aux architectures conformes au standard ISO 23247.

Positionnement du sujet dans le projet global Le post-doctorat contribuera directement à la conception de méthodes d'ingénierie de jumeau numérique orientée simulation, et proposera des méthodologies de entre le système réel et le modèle numérique, en tenant compte de des données de géolocalisation et de suivi d'opérations. Le travail se situe à l'interface de plusieurs problématiques scientifiques et technologiques associées à la modélisation et à la simulation d'atelier, aux mécanismes de synchronisation temps réel et à l'aide à la décision pour le pilotage industriel. Les travaux s'appuieront notamment sur les développements de solutions de géolocalisation porté également par le CRAN, et sur des démonstrateurs.

Objectifs scientifiques L'objectif général du post-doctorat est de proposer une démarche d'ingénierie d'un jumeau numérique atelier orienté simulation et connecté au système réel de production. Un premier objectif consiste à formaliser une démarche générique d'ingénierie système du jumeau numérique. Les travaux viseront ainsi à définir une méthode permettant d'identifier les besoins de pilotage de l'atelier, de déterminer les données nécessaires au fonctionnement du jumeau, de spécifier les exigences de synchronisation et de définir l'architecture fonctionnelle et informationnelle du jumeau numérique Le jumeau devra intégrer les flux de production, les états des ressources, les données de localisation, les produits en cours ainsi que les informations issues des équipements et des opérateurs. L'objectif est de construire un modèle de simulation capable de représenter l'état courant de l'atelier, d'anticiper les évolutions à court terme et d'évaluer différents scénarios de pilotage.Une attention particulière sera portée à la structuration des modèles à l'aide d'approches MBSE. Le deuxième objectif porte sur l'étude des mécanismes de synchronisation entre le système réel et son alter ego numérique. La synchronisation constitue en effet un verrou scientifique central du sujet. Les travaux viseront à définir les mécanismes de mise à jour du jumeau, à étudier différents niveaux de synchronisation temporelle, à analyser les impacts des latences, pertes de données et désynchronisations, ainsi qu'à proposer des mécanismes de supervision de cohérence entre système réel et modèle numérique. Les approches développées pourront s'appuyer sur des modèles temporels et événementiels inspirés des travaux récents du laboratoire sur les automates temporisés et stochastiques, mais pourront aussi explorer la modélisation de modèles de substitution obtenus par machine learning.

Méthodologie envisagée La méthodologie proposée reposera sur plusieurs axes complémentaires mêlant ingénierie système, modélisation, simulation et validation expérimentale. Les travaux débuteront par une phase d'analyse des besoins métiers et des besoins de pilotage de l'atelier. Cette étape permettra d'identifier les flux physiques et informationnels, de définir les exigences du jumeau numérique et de structurer les modèles et architectures à l'aide d'approches MBSE et SysML. Une activité concernera également l'état de l'art et la veille scientifique sur les méthodes de construction de jumeaux numériques. Les travaux comprendront une analyse des architectures orientées simulation, des approches de synchronisation ainsi que des solutions logicielles et standards existants. Une attention particulière sera portée aux architectures conformes au standard ISO 23247, aux mécanismes de synchronisation et aux approches d'ingénierie MBSE appliquées aux jumeaux numériques. Les travaux de modélisation et simulation viseront ensuite à construire un modèle de simulation de l'atelier intégrant les ressources, les flux et les opérations industrielles. Ce modèle devra être couplé avec les données temps réel afin de permettre la mise à jour et la synchronisation du jumeau numérique. Enfin, les développements réalisés seront validés sur le démonstrateur tuyauterie au travers de scénarios de pilotage atelier et d'évaluations des performances de synchronisation et de supervision.