Conception d’une architecture multi-physique pour un jumeau numérique d’un banc de test de siège passager avion

Design of a multi-physics architecture for a digital twin of an aircraft passenger seat test bench.

• Auteur / Autrice : Imane Bouhali
• Direction : Frédéric Kratz, Jean-Yves Choley
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences et Technologies Industrielles
• Date : Inscription en doctorat le 09/06/2022; Soutenance le 09/07/2025
• Etablissement(s) : Bourges, INSA Centre Val de Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes - MIPTIS
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PRISME - Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes et Mécanique Energétique

Mots clés

Mots clés libres

Jumeau numérique

Multi-physique

Banc de test

Architecture

Digital twin

Multi-physics

Test Bench

Architecture

Résumé

L’avènement des systèmes mécatroniques intelligents, tels que les sièges de classe affaires d’avion, nécessite de nouvelles approches appliquées pendant le processus de développement pour gérer leur complexité multidisciplinaire croissante. Les approches traditionnelles, souvent monodisciplinaires et séquentielles, n’adressent pas les défis posés par ces systèmes, notamment en ce qui concerne l’intégration étroite des composants mécaniques, électroniques, et informatiques, à des fins liées au test préalable des systèmes en cours de développement. L’intégration de la simulation virtuelle dans le processus de développement représente une avancée majeure. Elle permet de tester virtuellement les systèmes avant la fabrication physique, offrant ainsi une meilleure compréhension des interactions et des performances potentielles. Le jumeau numérique va au-delà de la simulation classique en offrant une amélioration significative. Il fournit une représentation virtuelle précise et dynamique du système physique, synchronisée en temps réel. Contrairement aux modèles de simulation qui reposent sur des hypothèses et approximations théoriques, le jumeau numérique intègre des données réelles provenant du système physique, ce qui améliore la précision des analyses et des simulations. Il facilite l’anticipation des tests et l’optimisation du développement avant même la fabrication des prototypes physiques, réduisant ainsi les itérations coûteuses et les délais associés aux vérifications tardives. Cette thèse propose une méthodologie intégrant le jumeau numérique d’un banc de test générique et modulaire dans le processus de développement des sièges d’avion. Ce banc de test représente une plateforme multi-cinématique, suffisamment représentative de la multiplicité des sièges affaires d’avion. En utilisant des notions avancées d’architecture système, l’Ingénierie Systèmes Basée sur les Modèles (ISBM) offre une conception détaillée du jumeau numérique au travers des vues opérationnelles, fonctionnelles et physiques, simplifiant par la suite son implémentation en vue de l’anticipation des tests de vérification et validation du système. Cela permet de réduire les coûts et les délais liés aux cycles de vérification et validation, et également d’optimiser le développement des produits grâce à des analyses basées sur des données représentatives. Les objectifs principaux de cette thèse incluent la conception et la validation de l’architecture du jumeau numérique, l’intégration du jumeau numérique dans le processus de test au cours du développement des systèmes, et la mise en place des méthodologies menant l’utilisation du jumeau numérique pendant le processus de développement.

The advent of intelligent mechatronic systems, such as business-class aircraft seats, necessitates new approaches to manage their increasing multidisciplinary complexity. Traditional methods, often monodisciplinary and sequential, fail to address the challenges posed by these systems, particularly concerning the close integration of mechanical, electronic, and software components, in the context of early testing systems under development. The integration of virtual simulation into the development process represents a major advancement. It allows for virtual systems testing before physical manufacturing, providing a better understanding of potential interactions and performance. The digital twin goes beyond classical simulation by offering a significant improvement. It provides a precise and dynamic virtual representation of the physical system, synchronized in real-time. Unlike simulation models that rely on theoretical hypotheses and approximations, the digital twin incorporates real-time data, which enhances the accuracy and usefulness of analyses and simulations. It facilitates test anticipation and product development optimization even before the physical prototypes are manufactured, thus reducing costly iterations and the delays associated with late-stage verifications. This thesis proposes a methodology integrating a digital twin of a generic test bench into the development process of airplane seats. This test bench serves as a multi-kinematic platform, sufficiently representative of the diversity of business class seats. By using advanced system architecture concepts, the Model-Based Systems Engineering (MBSE) approach provides a representation of the digital twin through operational, functional, and physical views, thereby simplifying co-simulation or co-modeling for test anticipation purposes. This approach reduces the costs and time associated with verification and validation cycles. Moreover, it optimizes product development through analyses based on representative data. The main objectives of this thesis include the design and validation of the digital twin architecture, the integration of the digital twin into the testing process during product development, and the implementation of methodologies that support decision-making during the development process.