Sujet de stage
Titre :
Méthodologie d'Ingénierie Système de Jumeau Numérique
Dates :
2025/03/17 - 2025/08/29
Etudiant :
Encadrant(s) :
Description :
Un jumeau numérique (JN) peut être défini comme une représentation virtuelle d'un objet, d'un système
ou d'un processus physique, capable de capter des informations de son double physique, d'apprendre, de
prendre des décisions et de s'adapter à son environnement de manière autonome [1]. Concept majeur de
l'industrie du futur, le JN est devenu progressivement un objet d'étude important au sein du département
Modélisation, Pilotage et Sûreté des systèmes Industriels (MPSI) du CRAN CNRS UMR 7039, Université de
Lorraine. Il est traité selon des aspects variés et des domaines d'applications multiples (productique,
maintenance, réseau)
Concevoir le JN est une tâche complexe du fait de la spécification et l'évaluation de l'architecture, de
l'implémentation de celle-ci et de la vérification&validation de celle-ci par rapport aux besoins initiaux. La
littérature cite de nombreux articles proposant des architectures de référence génériques pour les
jumeaux de systèmes industriels (i.e. 5C, CP2S, DTDL-C2PS) [2], ainsi qu'un standard [3]. Il existe aussi des
démarches de conception réputées génériques (4R DT Framework [4]). Cependant, ces démarches sont le
plus souvent non outillées et ne proposent pas de méthodologie et de modélisation adéquate pour assurer
l'ensemble du cycle de développement du jumeau. En effet, comme le soulève [2], l'évolution du JN tout
au long de ses différentes phases de vie n'est pas abordé dans la littérature. Peu de travaux s'intéresse Ã
l'ingénierie système basée sur les modèles (MBSE ⬠Model Based Systems Engineering), alors même que
nous considérons cette approche comme fondamentale pour le développement de JN, qui est un système
complexe aussi bien par les expertises qui sont mises en oeuvre que par la diversité des interactions
internes et externes au jumeau numérique.
L'objectif de ce master est donc de s'intéresser à l'applicabilité de l'ingénierie système à la conception d'un
jumeau numérique, en s'attaquant aux questions de recherche suivantes :
1. Le jumeau numérique nécessite-t-il une méthode d'ingénierie système spécifique ?
2. Existe-t-il des invariants de modélisations, des patrons MBSE pour la conception d'un JN ?
3. Comment Les phases de vie du JN s'intègrent, interagissent avec les autres phases de vie du système
physique et son support réseau ?
Une étude bibliographique viendra initier les réflexions autour de ces 3 questions de recherche, pour
identifier les travaux du domaine traitant d'applications de l'ingénierie système basée sur les modèles aux
JNs.
A partir de la synthèse de l'état de l'art, une méthodologie de conception du JN sera proposée via des
patrons de modélisation et une approche itérative s'inscrivant dans une démarche générale MBSE.
Une application sur la plateforme ProGreSS du CRAN hébergée à l'AIPL sera menée en parallèle de ces
travaux de recherche, afin d'aboutir à un jumeau numérique exploitable sur une partie de la plateforme.
ou d'un processus physique, capable de capter des informations de son double physique, d'apprendre, de
prendre des décisions et de s'adapter à son environnement de manière autonome [1]. Concept majeur de
l'industrie du futur, le JN est devenu progressivement un objet d'étude important au sein du département
Modélisation, Pilotage et Sûreté des systèmes Industriels (MPSI) du CRAN CNRS UMR 7039, Université de
Lorraine. Il est traité selon des aspects variés et des domaines d'applications multiples (productique,
maintenance, réseau)
Concevoir le JN est une tâche complexe du fait de la spécification et l'évaluation de l'architecture, de
l'implémentation de celle-ci et de la vérification&validation de celle-ci par rapport aux besoins initiaux. La
littérature cite de nombreux articles proposant des architectures de référence génériques pour les
jumeaux de systèmes industriels (i.e. 5C, CP2S, DTDL-C2PS) [2], ainsi qu'un standard [3]. Il existe aussi des
démarches de conception réputées génériques (4R DT Framework [4]). Cependant, ces démarches sont le
plus souvent non outillées et ne proposent pas de méthodologie et de modélisation adéquate pour assurer
l'ensemble du cycle de développement du jumeau. En effet, comme le soulève [2], l'évolution du JN tout
au long de ses différentes phases de vie n'est pas abordé dans la littérature. Peu de travaux s'intéresse Ã
l'ingénierie système basée sur les modèles (MBSE ⬠Model Based Systems Engineering), alors même que
nous considérons cette approche comme fondamentale pour le développement de JN, qui est un système
complexe aussi bien par les expertises qui sont mises en oeuvre que par la diversité des interactions
internes et externes au jumeau numérique.
L'objectif de ce master est donc de s'intéresser à l'applicabilité de l'ingénierie système à la conception d'un
jumeau numérique, en s'attaquant aux questions de recherche suivantes :
1. Le jumeau numérique nécessite-t-il une méthode d'ingénierie système spécifique ?
2. Existe-t-il des invariants de modélisations, des patrons MBSE pour la conception d'un JN ?
3. Comment Les phases de vie du JN s'intègrent, interagissent avec les autres phases de vie du système
physique et son support réseau ?
Une étude bibliographique viendra initier les réflexions autour de ces 3 questions de recherche, pour
identifier les travaux du domaine traitant d'applications de l'ingénierie système basée sur les modèles aux
JNs.
A partir de la synthèse de l'état de l'art, une méthodologie de conception du JN sera proposée via des
patrons de modélisation et une approche itérative s'inscrivant dans une démarche générale MBSE.
Une application sur la plateforme ProGreSS du CRAN hébergée à l'AIPL sera menée en parallèle de ces
travaux de recherche, afin d'aboutir à un jumeau numérique exploitable sur une partie de la plateforme.
Mots clés :
Jumeau Numérique, Ingénierie Système
Département(s) :
| Modélisation Pilotage des Systèmes Industriels |
