COURS 4-Introduction Ingénierie des Systèmes - VF GBelloncle.pdf

Introduction à l'ingénierie (des) système(s), basée sur les modèles © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 et la sim...

Introduction à l'ingénierie (des) système(s), basée sur les modèles © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 et la simulation Keywords : Systems Engineering (SE), System of Systems (SoS), Model Based Systems Engineering (MBSE), SysML (System Modeling Language), Systems Simulation  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 2 DASSAULT SYSTEMES  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 4 OBJECTIFS DE LA SESSION  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 5 OBJECTIFS DE LA SESSION  Les systèmes sont partout… et tout devient systémique © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 6  Les systèmes sont partout… et tout devient systémique © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 7  Un peu d’histoire… Du réductionisme à la pensée systémique © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 8  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 9 Un peu d’histoire… Le Jumeau NUMERIQUE  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 10 Un peu d’histoire… Le Jumeau NUMERIQUE  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 11  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 12  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2021 14 © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2021 Car System Air Control System Passenger (External)Car Inboarding System Plane System System Driving Multimedia System System Luggages Engine Instrument Management Autonomous System System System Human driving System Fuel Machine Landing Approvisioning Interface System System 15  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2021 16 de ses parties » « Le tout est plus que la somme  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2021 17 ▪ ▪ ▪ ▪ Système Système pour pour faire… faire…  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2021 18 ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ o o o o | ref.: 3DS_Document_2021 Exigences © Dassault Systèmes | Confidential Information | Comportement Structure (et interfaces) Performance 19 System Modeling Language  © Dassault Systèmes | Confidential Information | | ref.: 3DS_Document_2021 20  © Dassault Systèmes | Confidential Information | | ref.: 3DS_Document_2021 21 System Modeling Language Unified Architecture Language  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2021 22  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2021 23 Vue système Vue organique Vue fonctionnelle  Identifier, comprendre et documenter les besoins (exprimés ou non), les attentes et les contraintes des parties prenantes (Client, Réglementation, Analyse des Cycle de vie, …) (NB : Dans un système de systèmes, définition d’un besoins « concept d’operation » pour modéliser les « capacités » et « missions ») | ref.: 3DS_Document_2021 Traduire les besoins en exigences spécifiques et détaillées Spécification qui serviront de base pour la conception, le développement et des exigences la validation du système Faire une décomposition fonctionnelle et logique du système pour Conception de © Dassault Systèmes | Confidential Information | définir une solution optimale (coûts, qualité / performances, délais) l’architecture et spécifier les sous-systèmes et composants. système Concevoir / définir les sous-systèmes et/ou les composants à réaliser / réutiliser / acheter Conception (NB: En fonction du “système d’intérêt”, l’architecture système peut être “recursive” entre un Détaillée niveau système et un niveau sous-système avant d’arriver à la conception des composants… ) Réalisation des composants matériels (hardware) et logiciels (software) 24 Sources: INCOSE SE Handbook, Systems Engineering Book of Knowledge, ISO15288  Conformité du besoin client Analyse des s’assurer que les résultats Plan de validation Validation besoins sont bien atteints | ref.: 3DS_Document_2021 Conformité aux exigences Spécification s’assurer que le système Plan de vérification Verification des exigences est conforme à ce qui avait été spécifié Conformité à Conception de l’architecture et aux interfaces évaluer la compatibilité, l'interaction et le Test © Dassault Systèmes | Confidential Information | l’architecture Plan d’intégration d’intégration bon fonctionnement des composants système lorsqu’ils sont assemblés Conception Test unitaire tester le bon fonctionnement d’un composant Détaillée matériel ou logiciel Réalisation des composants matériels (hardware) et logiciels (software) 25 Sources: INCOSE SE Handbook, Systems Engineering Book of Knowledge, ISO15288  Conformité du besoin client Analyse des Plan de validation Validation besoins | ref.: 3DS_Document_2021 Conformité aux exigences Spécification Plan de vérification Verification des exigences Conformité à Conception de l’architecture et aux interfaces Test © Dassault Systèmes | Confidential Information | l’architecture Plan d’intégration d’intégration système Conception Test unitaire Détaillée Réalisation des composants matériels (hardware) et logiciels (software) Temps 26 Sources: INCOSE SE Handbook, Systems Engineering Book of Knowledge, ISO15288  Prototypage Analyse des Virtuel Validation besoins | ref.: 3DS_Document_2021 Spécification Verification des exigences Conception de Test © Dassault Systèmes | Confidential Information | l’architecture d’intégration système Conception Test unitaire Détaillée Boucle d’itération “agile” avec l’utilisation de Réalisation des composants matériels modèles (hardware) et logiciels (software) Temps 27 Sources: INCOSE SE Handbook, Systems Engineering Book of Knowledge, ISO15288 | ref.: 3DS_Document_2021 © Dassault Systèmes | Confidential Information | Sources: INCOSE SE Handbook, Systems Engineering Book of Knowledge Exemple chez un Constructeur Automobile 28 | ref.: 3DS_Document_2021 © Dassault Systèmes | Confidential Information | Sources: INCOSE SE Handbook, Systems Engineering Dev Ops Book of Knowledge 29  © Dassault Systèmes | Confidential Information | | ref.: 3DS_Document_2021 31 | ref.: 3DS_Document_2021 Prendre © Dassault Systèmes | Confidential Information | Source : NASA Systems Engineering Handbook Source: “The Business Case for Systems Engineering Study: Results of the Systems Engineering Effectiveness Survey”, Elm & Goldensen, NDIA & CMU/SEI-2012-SR-009 32 © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 “Traditional document-based” Model Based Systems Engineering (MBSE) Systems Engineering 33  Un tryptique qui justifie l’approche … Complexité du Système x © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 Durée de vie du produit/service x Complexité de l’Environement 34  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 35 OBJECTIFS DE LA SESSION  Des futurs écosystèmes industriels… qui nécessitent une approche système (de systèmes) © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 36  Manage Deliver Highly Automated © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2020 Fast Evolving Technology Systems > Improve agility > Deliver production-ready for faster technology introduction, & operational-proven leveraging Dev/Sec/Ops mission-critical systems Redefine Sustainable Products & Services Mechanical Mechatronics Software-defined Portfolio System Systems Systems of Systems Multidisciplinary field that includes Software-intensive distributed a combination of mechanical, Answer Comply systems interacting together in an electrical, control and software unpredictable world to new Customer to new regulations and Expectations safety standards Examples of a typical program > Develop new business > Improve traceability from 2 000 – 5 000 components models, powered by online requirements to hardware & 4000 – 15 000 functions services over-the-air update software components 100 000 interfaces 37 0,5 – 1 M requirements  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2020 38 + + Energy Management Fleet Vehicle Service Mobility Management Parking  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2020 39       Analyse des besoins © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2020 Validation (Concept d’Opération) Spécification Prototypage Verification des exigences Virtuel Conception de Test l’architecture d’intégration système Conception Test unitaire Détaillée Réalisation des composants matériels (hardware) et logiciels (software) 40  Analyse des besoins © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2020 Validation (Concept d’Opération) Spécification Prototypage Verification des exigences Virtuel Conception de Test l’architecture d’intégration système Conception Test unitaire Détaillée Réalisation des composants matériels (hardware) et logiciels (software) 62  Digital twin of the vehicle enriched with usage data for feedback loop to Engineering © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2020 Calculated vs Measured Battery Degradation Comparison between different software versions 63  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2020 65 OBJECTIFS DE LA SESSION  Why changing? Process Referential Processes Define activities to transform and expected results © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2020 supported by support Methodology Framework How to change ? Methods Define methodology frameworks and practices to implement the activities supported by support Tools & Software solutions With what? Improve the efficiency of processes Languages implementation and methodologies + 3rd party tools integration Implement & measure conditions of success From theory People & Change Value Assesment, Training & coaching, to practice… Management Community of Practitioners, Industrial pilot 66 Projects, …  Process & Standards (Examples) INCOSE, Systems Engineering Handbook 5th Edition, 2023 ISO 15288, Systems Engineering, System Life Cycle Processes, ISO-IEC, 2008 ASPICE, Automotive SPICE (Software Process Improvement and Capability Determination) … ASPICE …. 67  Analyse des besoins Validation (Concept © Dassault Systèmes | Confidential Information | 4/17/2024 | ref.: 3DS_Document_2020 d’Opération) Spécification Prototypage Verification des exigences Virtuel Faire une décomposition fonctionnelle et logique du système pour définir une Conception de Test solution optimale (coûts, qualité / l’architecture d’intégration performances, délais) et spécifier les système sous-systèmes et composants. Conception Test unitaire Détaillée Réalisation des composants matériels (hardware) et logiciels (software) 68  L’Architecture Système basée sur les modèles… …une étape clé pour la collaboration et la prise de decision traceability rationale analysis needs © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 Requirements Model viewpoint performance estimates Analysis Models Systems Architecture (Simulation) Collaboration Models system framework for design Mechanical Electrical Fluid Electronic Software 69 Models Models Models Models Models  Les éléments necessaire pour une modélisation “utile” le bon niveau d’abstraction, les bons points de vue… … un formalisme rigoureux et explicite © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 70  SysML “Language” Overview Systems Modeling Language (SysML) is a graphical modeling language for specification, architecture, high-level design, analysis, verification & validation of systems. Developed by OMG and INCOSE / Adopted by OMG in May 2006 © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 An extension of the Unified Modeling Language (UML) 4 categories of 9 diagrams New SysML V2 under specification (« textual annotations ») SysML does not provide any guidelines or recommendations for the modeling process 71  Requirements Architecture Models WHY is this new | ref.: 3DS_Document_2021 system needed? © Dassault Systèmes | Confidential Information | WHAT is the best solution trade-off? HOW to build this solution? 72  Exigences | ref.: 3DS_Document_2021 (Requirements) © Dassault Systèmes | Confidential Information | Comportement (Behavior) Performance (Parameters) Structure (Structural) 73 System Modeling Language  Requirements Structure Behaviors Parameters … | ref.: 3DS_Document_2021 Test Cases & Simulation Safety & Reliability Cybersecurity Configuration © Dassault Systèmes | Confidential Information | … (et/ou autres formalisme de simulation) 74  © Dassault Systèmes | Confidential Information | | ref.: 3DS_Document_2021 75 | ref.: 3DS_Document_2021 X = © Dassault Systèmes | Confidential Information | Ingénierie des systèmes et du logiciel Processus du cycle de vie du système 77  © Dassault Systèmes | Confidential Information | | ref.: 3DS_Document_2021 78 Basée sur SysML  Basée sur SysML | ref.: 3DS_Document_2021 block definition diagram (bdd) View Specification © Dassault Systèmes | Confidential Information | Activity diagram bdd Requirements diagram Requirements table S/A S/A S/A S/A S/A S/A S/A 79 S/A  © Dassault Systèmes | Confidential Information | | ref.: 3DS_Document_2021 82  © Dassault Systèmes | Confidential Information | | ref.: 3DS_Document_2021 83  Des “niveaux d’abstraction” et “point de vues”pour 1. Comprendre tous les besoins des parties prenantes avant de passer aux solutions techniques et Collaborer avec différents | ref.: 3DS_Document_2021 Différent niveau d’adoption experts autour d’un même modèle en fonction de la maturité 2. Décomposer le système en sous-systèmes plus petits pour gérer des clients / industries la complexité, spécifier les interfaces, déléguer aux équipes 3. Exécuter et simuler (voir slides suivants) les choix d’architecture © Dassault Systèmes | Confidential Information | pour valider les hypothèses et faire les meilleurs choix de Advanced « trade-off » Entry 4. Allouer les exigences techniques pour spécifier les composants matériels/logiciels attendus. 5. Définir la stratégie Make/Buy/Re-use pour les composants 6. Préparer la remontée des tests d’integration, validation et vérification 86  Prototypage Analyse des Virtuel Validation besoins Spécification Verification des exigences Conception de Test l’architecture d’intégration système Conception Test unitaire Détaillée Boucle d’itération “agile” avec l’utilisation de Réalisation des composants matériels modèles (hardware) et logiciels (software) Temps  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 88  © Dassault Systèmes | Confidential Information | | ref.: 3DS_Document_2021 89  © Dassault Systèmes | Confidential Information | | ref.: 3DS_Document_2021 90  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 91 OBJECTIFS DE LA SESSION  Le Jumeau Virtuel (“Virtual Twin”) V2R Test, Validate, Control © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 Simulation Build Data Use Models Learn Hypotheses Experience Data, Measures, Response R2V 92  L’approche Système de Systèmes, un catalyseur pour le Jumeau Virtuel © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 93  L’approche Système de Systèmes, un catalyseur pour le Jumeau Virtuel © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 94  Illustration : Maintien en conditions opérationnelles © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 95  © Dassault Systèmes | Confidential Information | | ref.: 3DS_Document_2021 97  L’approche Système de Systèmes, un accélateur pour une ingénierie durable et responsable ? © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 98  L’approche Système de Systèmes, un accélateur pour des prises de decisions plus éclairés dans la Société ? © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 99  L’Intelligence Artificielle : des métiers en moins ou en plus ? © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 « Nous avons tendance à surestimer l’incidence d’une nouvelle technologie à court terme et à la sous-estimer à long terme. » Roy Amara 100  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 102 OBJECTIFS DE LA SESSION  Quelles formations pour quels métiers ? © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 « Vis comme si tu devais mourir demain. 103 Apprends comme si tu devais vivre toujours. » Mahatma Gandhi  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 104 Quelles formations pour quels métiers ?  Synthèse : l’approche Système… modélisée avec une approche système © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 Source: Systems Engineering Book of Knowledge 105  Pour aller plus loin… Communautés Publiques Dassault Systèmes © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 https://www.incose.org/ https://www.afis.fr/ https://r1132100503382-eu1- 3dswym.3dexperience.3ds.com/community/ swym:prd:R1132100503382:community:AH6 Out1lTB2kjqDkm0S-Qg Systems Engineering Book of Knowledge https://go.3ds.com/cyber-systems/ https://sebokwiki.org 106  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 107 OBJECTIFS DE LA SESSION  © Dassault Systèmes | Confidential Information | 2023 108 ON 3DS.COM DISCOVER MORE  | 2023 © Dassault Systèmes | Confidential Information4/17/2024 109