Développement d'un outil de calcul intégré multi-domaine, basé sur une approche orientée objets

Development of an integrated, domain-independent tool for numerical simulation, based on an object oriented approach

• Auteur / Autrice : Werner Paul Keilholz
• Direction : Roger Pelletret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Nice
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nice-Sophia Antipolis. Faculté des sciences
• Jury : Président / Présidente : Lucien Elegant
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Helmut Feustel, R. Rieckeheer, Souheil Soubra
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Claude Mangin, Ghislain C. Vansteenkiste

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interfaces utilisateur (informatique)

Programmation orientée objets (informatique)

Simulation par ordinateur

Interfaces graphiques (informatique)

Mots clés libres

Environnement programmation

Résumé

La conception des bâtiments nécessite des outils de calcul de plus en plus performants. L'évolution des études conceptuelles va dans le sens d'une intégration des différentes contraintes qui président aux décisions. Pour répondre à cette problématique, il faut développer des outils logiciels d'aide à la décision toujours plus performants. Pour ce qui concerne la part calcul, ces outils consistent en des simulateurs qui fournissent des éléments chiffrés de réflexion. Ces outils sont souvent développés dans le cadre de projets de recherche ; leur utilisation dans le monde professionnel pose de nombreux problèmes pratiques, liés notamment à l'adaptation des modèles aux besoins mais aussi à l'absence d'interfaces utilisateurs conviviales, a un manque de modularité et d'extensibilité ainsi qu'à un manque d'interfaçage avec d'autres outils (par exemple, des outils de CAO/DAO). Le CSTB par l'intermédiaire de deux theses [Soubra 92] et [El-Hassar 92] s'était déjà intéressé à cette problématique et un premier ESI (Environnement de Simulation Intelligent) avait été développé. L'objectif principal de la présente thèse est de poursuivre ces travaux en développant un nouvel atelier logiciel qui permette d'encapsuler avec une productivité accrue divers codes de simulation issus de la recherche. L'une des fonctionnalités principales recherchées est la capacite d'intégration de différents simulateurs dans le même environnement et ainsi la capacité de process coopératifs entre simulateurs. L'autre fonctionnalité importante consiste à faciliter de l'usage des simulateurs ; elle a pour objectif de permettre l'utilisation des simulateurs dans le monde professionnel (transfert de technologie de la recherche vers l'industrie). Les contraintes de développement, notamment l'évolutivité, nous conduisent à confirmer les choix antérieurs : conception et programmation orientées objets. Une analyse plus précise des diverses méthodes et techniques utilisables, nous amène à proposer un mécanisme innovant pour introduire une notion proche des méta-objets. Des techniques pour améliorer les performances de l'atelier logiciel (notamment pour ce qui concerne le temps de traitement des actions -affichage, stockage d'objets complexes, etc. -) sont également proposées. La formalisation générale d'un projet de simulation conduit à la définition d'un nouveau modèle abstrait (domaine indépendant) pour notre environnement de simulation. Le modèle abstrait d'ESI inclut la définition et la description d'un ensemble d'objets qui sont des briques de bases, utilisées ultérieurement pour l'encapsulation des simulateurs. L'atelier logiciel ainsi réalisé, IISiBât V2, permet d'encapsuler avec un effort raisonnable de développement divers simulateurs. Le principe d'encapsulation consiste à réutiliser un noyau commun, à spécialisera certaines classes et à ne développer que quelques nouveaux objets réellement spécifiques du simulateur ciblé. Des applications concrètes sont réalisées pour les simulateurs TRNSYS (calculs des performances thermiques des bâtiments) et COMIS (calculs aérauliques), des mesures d'efficacité de l'atelier logiciel sont effectuées ; elles démontrent la pertinence de la nouvelle approche.

Modern building design requires more and more powerful simulation tools. The decision-making process in building designs tends to take more and more constraints into consideration. To support these decisions, powerful software tools are required. The numerical part of these tools consists of simulators, which provide the numerical information needed. These tools are often developed in the frame of research projects; their use in industry faces several practical problems, concerning not only the adaptation of the numerical models to end user needs, but also the lack of modularity and extentability, the lack of convenient user interfaces and interfaces to other tools (such as CAD software). This problem has already been treated at CSTB in the frame of two theses [Soubra 92] and [El-Hassar 92] and a first version of an « Intelligent Simulation Environment » (ESI) has been developed. The main goal of this thesis is to pursue this work by designing and developing a new, more powerful tool allowing to encapsulate recent simulation software more efficiently. One of the desired functionalities of such an environment is its capability to host different simulators in the same environment simultaneously. This would largely simplify interaction processes between these simulators. Another goal is to simplify the use of the simulators themselves, allowing their application in industry (promotion of technology transfer from universities to industry). Since we wish to create an extensible and maintainable system, we adapt the object oriented approach for the design and programming of our environment. A detailed analysis of object oriented techniques leads to our proposition of an innovative mechanism allowing to introduce a notion close to meta-objetcs into a traditional programming environment. Techniques for improving the performance of the simulation environment and object oriented systems in general are also presented. The generalized formalization of a simulation project leads to the definition of a new, domain-independent, abstract data model for our simulation environment. This data model contains the definition and description of a set of objects which are the « bricks » from which dedicated simulation environments can be build. The implementation of this concept is the software tool IISiBat 2. It allows the creation of dedicated simulation environments with a reasonable effort by « encapsulating » existing simulators. The encapsulations principle consists of reusing a common kernel, specializing certain classes and developing only a few new classes which represent really original features of the new simulator. Specialized appllications have been developed for TRNSYS (simulation of the thermal behaviour of buildings and their equipment) as well as for COMIS (simulation of air flow in multizone buildings). These applications have shown the efficiency of our new approach.