La conception d'un système complexe est une étape cruciale. Ce constat est particulièrement vrai dans le cadre de la conception de systèmes mécatroniques, multi technologies et nécessitant une approche pluridisciplinaire et collaborative. Nous nous plaçons ici dans le cadre de l'Ingénierie Système (IS) qui se focalise sur la définition des besoins et des exigences, la recherche de concepts, puis la définition d'architectures fonctionnelles et organiques d'un système. L'IS promeut pour cela un certain nombre de concepts, de processus et une démarche maintenant éprouvés en industrie, souvent normalisés tout en faisant l'objet de nombreux travaux de recherche. En particulier, nous nous intéressons ici à un processus dit support de l'IS, le processus d'évaluation. Nous nous focalisons particulièrement sur l'évaluation de l'efficacité puis la comparaison des différentes solutions d'architectures fonctionnelles et organiques d'un système mécatronique qui émergent invariablement de la conception. Le but de ce processus est de guider et d'aider au choix, parmi ces architectures candidates mais souvent incomplètes ou à tout le moins immatures en début de conception, d'une solution permettant de maximiser la satisfaction des besoins de toutes les parties prenantes du système. La mise en œuvre de cette évaluation se heurte à plusieurs difficultés. Tout d'abord, la vision consensuelle et unifiée de données, informations et connaissances mais aussi des activités proprement dites d'évaluation, ‘au-dessus' des métiers impliqués dans la conception, reste limitée. C'est un premier verrou traité dans ces travaux car son absence est ainsi un frein à l'évaluation objective et partagée d'une solution. Pour contribuer à cette vision consensuelle, il est proposé un modèle conceptuel des données de l'évaluation en ingénierie système. Ensuite, l'estimation des conséquences des choix tout au long d'une conception résolument itérative et qui procède donc à petits pas, le traitement d'objectifs multiples voire contradictoires et la prise en compte de l'incertitude propre à la conception sont autant de problèmes classiques en conception. C'est le verrou central sur lequel ce travail a porté. L'estimation des choix de conception est traitée d'abord par une formalisation des liens de traçabilité entre les exigences, fonctions et composants de la conception. Cette formalisation est un préalable à la détection et correction des incohérences des liens de traçabilité en vue de l'identification automatisée des impacts potentiels des choix d'élément d'architecture sur les différents critères de satisfaction du système à faire. Une articulation entre les modèles de comportement du système à faire et les modèles de décision est ensuite proposée pour agréger le degré de satisfaction des objectifs de la conception, et ainsi assurer la gestion des objectifs multiples voire opposés des parties prenantes. Des techniques d'évaluation qualitative sont enfin proposées afin de trier les alternatives de solution de conception selon leur degré de satisfaction en tenant compte du niveau de maturité croissant mais incertain de la solution. Enfin, on peut regretter le manque d'un environnement de travail permettant de modéliser le système et de procéder aux analyses et évaluations de la solution. Les deux contributions synthétisées ci-dessus ont donc fait l'objet d'une intégration dans un atelier d'IS existant, offrant ainsi un continuum entre activités de conception et activités d'évaluation. Le résultat est ainsi un guide méthodologie outillé pour l'évaluation de systèmes mécatroniques en conception. Mots clés : Ingénierie Système, conception, évaluation, système complexe, système mécatronique, solution d'architecture, traçabilité, analyse qualitative. / The design step of a complex system is crucial. This observation is particularly true, when considering mechatronic, multi-technological systems, which require a multidisciplinary and collaborative approach. Our work is based on the System Engineering (SE) framework, which focuses on the needs and requirements definition, the conceptual design, and the definition of functional and organic architectures of a system. For this purpose, SE promotes some concepts, processes, and an approach currently widely practiced in the Industry, and even standardized while being a much studied research topic. More precisely, we are interested in a so-called support process of SE, the evaluation process. We are focusing on the effectiveness evaluation and then on the comparison of different functional and organic architecture solutions of a mechatronic system, which emerge invariably from the design. The goal of this process in guiding and helping to choose a solution among candidate architectures, often incomplete or immature in preliminary design, allows maximizing the satisfaction of the systems' stakeholders needs. However, the implementation of this evaluation faces to many difficulties. The consensual and unified vision of data, information, knowledge, and evaluation activities, above specialized engineering teams involved in the design, is still limited. Indeed, the lack of this common vision limits the objective and shared evaluation of a given solution. This is a first problem that we are addressing in our work. To contribute to this common vision, a conceptual model of evaluation data in SE is proposed.Subsequently, the estimation of the choices made all along such an iterative design, and which therefore proceeds by small steps, the management of multiple objectives sometimes contradictory and the consideration of the uncertainty inherent to design are classic problems in design. This constitutes the main problem which our work is answering. The estimation of the consequences of design choices on the system performance is first addressed by a formalization of traceability links between the requirements, functions, and components of the design. This formalization is prior to the detection and correction of inconsistencies of traceability links, in order to automatically identify potential impacts of the architectures' elements choices on different satisfaction criteria of the System Of Interest (SOI). An articulation between the SOI behavioral models and decision models is afterwards proposed for aggregating the satisfaction level of the design objectives, and then ensure the management of multiple and even contradictory objectives of the designers. Qualitative evaluation techniques are finally proposed for sorting the alternative design solutions according to their satisfaction level while considering the increasing maturity level but uncertain of the solution.Lastly, we often denote the lack of integrated environment for modeling the system and proceeding to the analyses and evaluations. The two above synthesized contributions have been integrated into a SE framework, offering a continuum between design activities and evaluation ones. The result is thereby a methodological and tooled guide for mechatronic systems evaluation during design. Keywords: System Engineering, design, evaluation, complex systems, mechatronics, architecture solution, traceability, qualitative analysis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2013MON20257 |
| Date | 19 November 2013 |
| Creators | Lô, Mambaye |
| Contributors | Montpellier 2, Chapurlat, Vincent |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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