Théorie des catégories pour la cohérence de modèles multi-niveaux système (MBSE) et sûreté de fonctionnement (MBSA)

par Julien Vidalie

Projet de thèse en Ingéniérie des systèmes complexes

Sous la direction de Jean-Yves Choley, Faida Mhenni et de Michel Batteux.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale INTERFACES : approches interdisciplinaires, fondements, applications et innovation , en partenariat avec QUARTZ (ECS, L@RIS, LISMMA) (laboratoire) et de CentraleSupélec (référent) depuis le 04-11-2019 .


  • Résumé

    Contribution à la mise en cohérence (et à son maintien) des modèles multi-niveau système (MBSE) et sûreté de fonctionnement (MBSA), reposant sur la théorie mathématique des catégories et intégrant l'analyse topologique et sémantique. Il s'agit de rendre (et maintenir) cohérents des modèles MBSE et MBSA établis par des équipes différentes en vue d'un choix d'architecture malgré les différences d'objectifs de ces modèles, du point de vue de : • Structures topologiques fonctionnelle et logique (à base de composants ou sous-systèmes ou équipements) d'un système dans des modèle système (MBSE) et safety (MBSA) • États et comportement du système (machines d'états, modèles multiphysiques, etc.) dans des modèles système (MBSE) et safety (MBSA) lorsque leurs objectifs sont connexes, notamment dans la transition entre le fonctionnel (nominal) et le dysfonctionnel (par exemple les modes dégradés avec redondance, etc.) avec potentiellement des comportements émergents qu'une incohérence de modélisation pourrait masquer • La sémantique pour un même système dans différents modèles système (MBSE) et safety (MBSA) De par son approche structurante et systémique, la théorie des catégories est une candidate sérieuse pour établir un cadre mathématique permettant l'analyse des modèles MBSE et MBSA selon ces 3 points de vue (structure topologique, états et comportement, sémantique), tout en intégrant les aspects fonctionnels et dysfonctionnels. Cette structuration mathématique doit permettre la gestion des changements afin de préserver la cohérence entre l'ensemble des modèles du système (MBSE, MBSA, tout niveau de modélisation). Ces travaux visent donc à établir un cadre mathématique novateur et intégrateur, tout en restant très pragmatique car proche des problématiques des concepteurs. Les travaux feront l'objet d'un maquettage (Proof of Concept). Les langages et outils proposés sont: - Pour le système, SysML ou Capella ; - Pour le comportement multiphysique, Modelica (Dymola, OMEdit ou autre) ; - Pour la safety, Altarica ; Un scénario aéronautique tel qu'un actionneur de type EMA (Electro Mechanical Actuator) ou THSA (Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator) sera utilisé pour développer et s'assurer de la validité de la démarche scientifique proposée.

  • Titre traduit

    Category theory for consistency between multilevel system modeling (MBSE) and safety (MBSA)


  • Résumé

    Contributing to consistency between multilevel system models (MBSE) and safety models (MBSA), using mathematics category theory with topologic and semantic analysis. We aim at making MBSE and MBSA models consistent and maintaining this consistency, while those models are created and used by different teams with different intents, using different points of view: - Topologic functional and logic structures (With components, sub-systems or equipment) of a system in system models (MBSE) and safety models (MBSA) - State and behavior of the system (state machines, Multiphysics models, etc.) in system models (MBSE) and safety models (MBSA) when their intents are related, especially during transition from functional modes to dysfunctional modes with possible new behavior that model inconsistency could hide - Semantic for a unique system in diverse system models (MBSE) and safety models (MBSA) Because of its structuring and systematic approach, category theory is a good candidate for establishing a mathematic frame for the analysis of MBSE and MBSA models for those 3 points of view (topologic structure, state and behavior, semantic), with integration of functional and dysfunctional modes. This mathematic structuration should allow for asserting and preserving consistency during changes of the models. This work aims at establishing an innovative and integrated mathematic frame, while being pragmatic and close to the designer's problematics. This work will be demonstrated through a Proof of Concept using SysML or Capella for system modeling, Modelica for Multiphysics behavior, AltaRica for safety. An aeronautic scenario such as an EMA actuator (Electro Mechanical Actuator) or THSA (Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator) will be used for development and assertion of the suggested scientific approach.