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Emergences

Lettre d'information n° 30

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Des outils de modélisation des systèmes hybrides pour les industriels

Nouvelle équipe de recherche au centre Inria de Rennes, Hycomes ambitionne de fournir aux grands ensembliers des logiciels pour modéliser et simuler des systèmes physiques complexes où interagissent des phénomènes continus et événementiels. Les résultats de ces travaux seront proposés comme des extensions au langage Modelica.

Nouvelle équipe de recherche au centre Inria de Rennes, Hycomes ambitionne de fournir aux grands ensembliers des logiciels pour modéliser et simuler des systèmes physiques complexes où interagissent des phénomènes continus et événementiels. Les résultats de ces travaux seront proposés comme des extensions au langage Modelica.

Quand un industriel conçoit un avion, une voiture, un train, il déploie un effort considérable pour réaliser son cahier des charges au niveau système, explique Benoît Caillaud, responsable de l'équipe Hycomes. La difficulté est ensuite de transformer celui-ci en une série d'exigences portant sur des composants du système qu'il pourra ensuite confier à ses sous-traitants. Ce sont des tâches extrêmement lourdes. Nous voulons donc développer des méthodes de conception par contrat pour outiller toutes les phases amont de transformation de ce cahier des charges. Ce sera l'une de nos deux directions de recherche.

 Ces méthodes montrent toute leur pertinence lors de la certification. “Dans certains secteurs comme l'aéronautique, le processus est très contraignant. À chaque ligne de code doit correspondre une justification quelque part dans le cahier des charges. Or nous sommes justement capables de donner un sens précis à tout ce qui concerne la traçabilité des exigences. Pour l'industriel, toute aide à ce niveau peut s'avérer bénéfique : maîtrise des risques, réduction des coûts...

Le deuxième axe de recherche porte sur la modélisation de la physique. “On ne peut pas concevoir un système embarqué, par exemple un logiciel devant être déployé sur une voiture, sans modéliser la physique du véhicule. Pour un contrôle de la boîte de vitesses, c'est toute la chaîne de transmission qu'il faut modéliser... du moteur jusqu'aux roues.” Qu'ils mettent en œuvre de la mécanique, de l'hydraulique ou de l'électronique de puissance, ces systèmes physiques possèdent une particularité : “ils combinent des évolutions en temps continu à  des trajectoires non-régulières, c’est à dire avec des sauts d'états.” On les appelle systèmes dynamiques non-réguliers. Le logiciel est quant à lui modélisé par un système à événements discrets. La combinaison d’un modèle de la physique et du logiciel constitue ce que l’on appelle un système hybride, dont la simulation et l’analyse requièrent l’utilisation de techniques spécifiques.

Modelica

Vecteur privilégié de diffusion de ces travaux : la communauté Modelica et le langage de modélisation du même nom. “Des dizaines d'outils l'implémentent. Nous avons contribué à la dernière version en date. Les membres de la communauté ont fait appel à nous pour  introduire une pincée de langage synchrone. Cette évolution va continuer. Nous avons l'intention d'apporter de nouvelles extensions. L'ambition est qu'à terme Modelica puisse servir aussi bien pour modéliser la physique des systèmes que pour programmer les logiciels de contrôle de ces systèmes.

Sur ce thème, les scientifiques collaborent directement avec Dassault Systèmes dont l'outil  Dymola utilise le langage Modelica. Objectif du partenariat : “Proposer une chaîne d'outils continue depuis l'ingénierie système jusqu'à l'ingénierie du logiciel et la génération de code embarqué. Passer de l'un à l'autre sans rupture, sans avoir à remodéliser. Actuellement, en aéronautique, par exemple, les modèles physiques et les lois de commande sont conçus avec Simulink® puis repris dans Scade® (1) pour le développement du logiciel.

Un autre volet de la coopération porte sur la gestion du cycle de vie du produit. Ce que l'on appelle le PLM (Product Lifecycle Management). “Le modèle économique ne consiste plus à vendre un simple logiciel de CAO, mais toute une panoplie d'outils qui permettront de supporter la conception d'un système et même d'une ligne de systèmes.

Aussi pour les équipementiers

Mais comme le fait remarquer Benoît Caillaud, “ces recherches ne sont pas réservées aux gros systèmes. Ce que nous développons peut s'adapter à des choses de taille plus modeste. Nous aimerions d'ailleurs ne pas travailler uniquement avec des ensembliers mais aussi développer des collaborations avec des équipementiers. Nous pourrions nous pencher ainsi sur des systèmes certes plus petits mais tout aussi intéressants. Ces projets étant moins lourds à gérer, cela permettrait d'aller plus vite en itérations, et nous pourrions faire du sur-mesure pour répondre au besoin de l'industriel. Cela viendrait compléter nos recherches de manière bénéfique pour nous et nos partenaires.

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Notes :
(1) Commercialisé par Ansys/Esterel Technologies, Scade® est un environnement de développement intégré servant à la conception de systèmes critiques. Il repose sur le langage de programmation synchrone Lustre. Développé par The MathWorks, Simulink® est un logiciel de simulation et de modélisation de systèmes dynamiques.