Automatisation de la synthèse d’architectures appliquée aux aéronefs à voilure tournante

Automated architecture synthesis applied to rotary-wing aircrafts

• Auteur / Autrice : Chris Hartmann
• Direction : Alain Bernard, Raphaël Chenouard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Productique - Mécanique
• Date : Soutenance le 30/01/2018
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Louis Rivest
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Bernard, Raphaël Chenouard, Louis Rivest, Marija Jankovic, Jérôme Pailhes, Michel Aldanondo, Daniel Brissaud, Emmanuel Mermoz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marija Jankovic, Jérôme Pailhes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation des données (informatique)

Simulation par ordinateur

Ingénierie des systèmes

Mots clés libres

Ingénierie système

Satisfaction de problèmes sous contraintes

Architecture

Synthèse

System engineering

Constraint satisfaction problems

Architecture

Synthesis

Résumé

Les travaux, présentés dans ce manuscrit de thèse, s’inscrivent dans les courants de l’Ingénierie Système et de la synthèse assistée par ordinateur. Une méthodologie outillée à l’aide d’un logiciel a été développée et est détaillée. Le processus de synthèse semi-automatisé est organisé en trois grandes phases : l’extraction du besoin et sa transformation en spécification du système à concevoir, une synthèse des architectures logiques et une analyse des architectures physiques. L’extraction et la transformation du besoin est une étape manuelle dans la méthodologie proposée. Elle s’appuie grandement sur des travaux précédents du champ de l’Ingénierie Système. L’objectif de ce sous-processus est d’obtenir une représentation du système compréhensible par l’utilisateur et interprétable par le logiciel. Les parties prenantes, les situations de vie que le système va rencontrer, les besoins, les exigences et les interfaces avec l’environnement sont modélisés. La synthèse, ou génération, des architectures logiques, est le résultat de la modélisation précédente du système. Un code C++ permet la transformation du problème de synthèse en expressions mathématiques qui sont résolues à l’aide d’un solveur CSP entier. Le résultat de ce sous-processus est un ensemble de graphes, triés par famille. Ces graphes représentent toutes les architectures logiques viables vis-à-vis des connexions entre ses sous-systèmes. L’analyse des architectures physiques permet d’écrire, pour chaque architecture logique, un système d’équations physiques non-linéaires mais non différentielles pour une première étape de prédimensionnement. Ces systèmes, écrits sous la forme de problèmes d’optimisation sont ensuite résolus à l’aide d’un solveur CSP réel. Au final, les architectures sont triées suivant la valeur d’une variable d’état commune à toutes les alternatives.

The research work presented in this thesis is related to the System Engineering field and the computer aided synthesis field. A methodology realized by a newsoftware is developed and introduced. The synthesis process is semi-automated and is devided into three phases: the need extraction and its translation into system requirements, a logical architecture synthesis and a physical architecture analysis. The need extraction and its translation into system requirements are highly inspired from previous work from the System Engineering field. Nevertheless, the objective, at this step, is to provide the software and the user with a unique model understandable to both. Stakeholders, life situations, needs, requirements and interfaces with the environment are modelized. The logical architecture synthesis, or logical architecture generation, is in accordance with the models we build previoulsy. That is to say that all logical architectures are instantiations of the system requirements expressed before. A C++ code translates this model into mathematical equations solved by an integer CSP solver. The result of this part of the methodology is a set of graphs, ranked by family. These graphs are views of the logical architectures. They express all the possible links between the sub-systems of the architectures. The physical architecture analysis step is an automated equation writer. The equations are non-linear and non differential and they are written for each logical architecture generated at the previous step. They are used for a first step of pre-sizing. These systems are then solved by a CSP solver for real numbers through an optimization. At the end, all the feasible architectures are ranked according to a unique state variable that iscommon to all possible solutions.