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Qu’est-ce que l’ingénierie système basée sur les modèles (MBSE) ?

L’ingénierie système basée sur les modèles (MBSE) fait référence à l’utilisation de modèles numériques (plutôt que de documents ou de diagrammes informels) pour définir et analyser les fonctions, la structure et le comportement des systèmes. Elle soutient les activités de définition des exigences système, de conception, d’analyse, de vérification et de validation, en commençant par la phase de conception conceptuelle et en continuant tout au long des phases de développement et du cycle de vie ultérieures. La méthodologie MBSE est essentielle pour gérer la complexité croissante des systèmes modernes.

Avantages de l’ingénierie système basée sur les modèles

La MBSE est extrêmement efficace grâce à son approche structurée, visuelle et intégrée pour gérer des systèmes complexes tout au long de leur cycle de vie. Cela est dû à l’utilisation de langages de modélisation système tels que SysML. SysML est un langage de modélisation standardisé et polyvalent conçu pour spécifier, analyser, concevoir et vérifier des systèmes complexes, incluant matériel, logiciel, informations, processus, personnel et infrastructures. La MBSE offre les avantages suivants :

• Définition centralisée de l’intention de conception, avec des modèles interactifs qui permettent aux équipes de conception et autres parties prenantes de l’organisation de se référer avec précision et cohérence
• Représentation efficace de la complexité, avec des diagrammes interactifs et d’autres représentations conviviales du comportement du système
• Réduction du temps de conception, permettant aux ingénieurs systèmes de réaliser des analyses en une fraction du temps nécessaire pour effectuer les mêmes tâches manuellement
• Alignement avec le processus de cycle de vie grâce à des modèles numériques que les plateformes modernes de gestion du cycle de vie des produits (PLM), y compris la gestion des modifications, le contrôle des révisions, les contrôles d’accès et d’autres services de cycle de vie PLM, peuvent gérer

Principaux composants de l’ingénierie système basée sur les modèles

La méthodologie MBSE comprend plusieurs composants clés. Ensemble, ils créent une définition virtuelle complète d’un système et facilitent l’intégration interdisciplinaire entre les étapes du développement de produit.

Modèle de systèmes

Une représentation formelle et structurée d’un système utilisant diverses représentations et abstractions qui capturent ses composants, son comportement, ses relations et ses interactions, permettant de l’analyser, le concevoir et le comprendre. Il sert de plan pour la construction et le fonctionnement du système, offrant une référence visuelle commune pour les ingénieurs, les parties prenantes et les développeurs tout au long du cycle de vie du système.

Langage de modélisation

Un langage de modélisation formel utilisé pour créer et faire évoluer les modèles de systèmes.

Gestion des exigences

Fonctionnalité qui capture et trace les exigences du système tout au long du processus de développement, où les exigences sont directement liées aux éléments du modèle de système, garantissant que les décisions de conception sont alignées sur les exigences spécifiées.

Simulation et analyse (SAM)

La MBSE intègre des modèles de simulation qui permettent aux ingénieurs d’analyser les performances des systèmes, d’optimiser les conceptions et d’explorer des scénarios hypothétiques avant la mise en œuvre physique, notamment :

• Simulations comportementales : Tester comment le système réagit à divers inputs, états ou interactions.
• Analyse paramétrique : Évaluer les performances du système en modélisant des paramètres clés (par exemple, poids, coût, consommation d’énergie) et leurs relations.
• Intégration d’outils : La MBSE s’intègre avec divers outils de simulation, tels que MATLAB/Simulink, pour effectuer des analyses avancées.

Gestion du cycle de vie

Le centre de calcul centralisé fournit un emplacement consolidé pour le SAM, toutes les simulations et toute autre fonction impliquée dans le processus MBSE. Cela permet aux membres des équipes de différents départements d’accéder aux mêmes informations en temps réel et de rendre les modifications immédiatement visibles aux autres équipes.

Le flux de travail de l’ingénierie système basée sur les modèles

Le processus typique de MBSE comprend les étapes suivantes :

Étape 1 : Établissement des exigences
Tout d’abord, l’équipe d’ingénierie développe des exigences basées sur les besoins de toutes les parties prenantes, y compris les utilisateurs, les dirigeants d’entreprise et les autorités réglementaires. Certaines équipes utilisent des logiciels pour les aider à capturer et gérer toutes les exigences.

Étape 2 : Conception du système
Ensuite, l’équipe commence à concevoir un système qui répond aux exigences établies. Ils utilisent la MBSE pour créer des modèles visuels de chaque composant du système. Cela inclut également une fonctionnalité qui leur permet de mapper chaque partie du système aux exigences originales.

L’équipe modélise ensuite comment le système fonctionnera dans diverses conditions, les aidant à comprendre comment le système réagira à des cas d’utilisation dans le monde réel.

Étape 3 : Analyse des risques
Les ingénieurs réalisent ensuite des analyses de risques sur le système, incluant la performance technique, les coûts, la sécurité, etc. Ils répondent ensuite à ces risques avec des mesures préventives, assurant que le produit final présente un minimum de risques.

Étape 4 : Validation des modèles
Ensuite, l’équipe d’ingénierie vérifie les modèles. Elle réalise une série de tests pour s’assurer qu’ils sont précis, fiables et conformes aux exigences.

Étape 5 : Construction du système
Après validation des modèles, l’équipe peut commencer la fabrication du système, en s’assurant qu’il répond aux exigences et normes.

Étape 6 : Maintenance du système
La MBSE continue de servir de source d’information centrale à mesure que l’équipe produit le produit. Elle suit les retours du monde réel, les problèmes sur le terrain et d’autres informations précieuses, offrant aux équipes un espace collaboratif pour améliorer continuellement le système.

Cas d’utilisation de l’ingénierie système basée sur les modèles

Plusieurs industries utilisent la MBSE pour centraliser le développement et la production de systèmes. Voici quelques exemples d’entreprises intensives en produits qui s’appuient sur la MBSE pour réussir :

• Les industries aérospatiale et de défense développent des systèmes complexes avec des spécifications détaillées et des cas d’utilisation de niche. Ces équipes utilisent la MBSE pour comprendre précisément comment le système fonctionnera dans divers scénarios réels.
• L’industrie automobile utilise la MBSE pour créer des modèles détaillés de voitures modernes complexes, incluant des composants physiques et logiciels.
• Les industries de l’ingénierie, de l’approvisionnement et de la construction (EPC) s’appuient sur la MBSE pour maintenir la traçabilité tout au long de la production d’actifs complexes.
• Les industries de haute technologie qui allient infrastructure physique et logiciel avancé utilisent la MBSE pour lancer des produits innovants et suivre les évolutions rapides.
• Les entreprises de fabrication industrielle se tournent vers la MBSE pour construire des produits complexes à une fraction du coût et du temps qu’il faudrait avec des processus manuels et des outils disparates.
• L’industrie médicale utilise la MBSE pour créer des dispositifs sûrs et conformes avec un minimum de rappels.

Défis de l’ingénierie système basée sur les modèles

Les équipes qui mettent en place et utilisent la MBSE pour construire des produits complexes rencontrent quelques défis communs, notamment :

Résistance culturelle et changement organisationnel

Passer de l’ingénierie système basée sur des documents à la MBSE nécessite souvent un changement culturel au sein de l’organisation. Les membres de l’équipe habitués aux méthodes traditionnelles peuvent résister à l’adoption de nouveaux outils et processus. Cela inclut la formation et le développement des compétences sur l’utilisation des outils de modélisation et des modèles résultants. Cela exige également une plus grande collaboration entre différentes disciplines de l’ingén

ierie (logiciel, matériel, mécanique, etc.) où les équipes peuvent être cloisonnées, et favoriser la collaboration interdisciplinaire peut demander des efforts significatifs.

Intégration des outils, compatibilité et manque de standardisation

Comme la méthodologie MBSE repose sur une variété d’outils, elle doit fonctionner de manière transparente. Cependant, cela n’est pas toujours facile à réaliser. Pour éviter les complications liées à l’intégration, les équipes doivent collaborer lorsqu’elles élaborent la méthodologie MBSE et prennent des décisions concernant leur pile technologique.

Coûts d’investissement initiaux

Le coût d’acquisition et de maintenance des outils peut être élevé, en particulier pour les petites organisations. En plus des coûts des outils, les organisations doivent investir dans la formation de leurs ingénieurs et autres membres du personnel pour utiliser efficacement les outils et pratiques MBSE. Cela nécessite un engagement de la direction, du temps et des investissements financiers, ce qui peut ralentir le processus d’adoption.

Commencer avec l’ingénierie système basée sur les modèles

Établir la MBSE au sein de votre organisation nécessite les bonnes technologies et processus. De nombreuses équipes adoptent une approche agile pour déployer stratégiquement des fonctionnalités qui soutiennent la MBSE. De cette manière, elles peuvent progressivement mettre en place les outils, former adéquatement les membres de l’équipe à l’utilisation des nouvelles fonctionnalités et tester le fonctionnement du système MBSE au fil du temps. Comme pour tout projet de développement logiciel, l’équipe doit mesurer les indicateurs clés de performance pour s’assurer que les technologies et processus mis en œuvre atteignent leurs objectifs.

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