Instanciation d'un modèle d'architecture de jumeau numérique au cas d'une infrastructure ferroviaire existante

Instanciation of architecture model for digital twin in the context of existing railway infrastructure

• Auteur / Autrice : Hibat Allah Babty
• Direction : Benoît Eynard, Matthieu Bricogne-cuignières
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie industriel
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2023
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mécanique, énergie et électricité

Mots clés

Mots clés libres

Gestion du Cycle de Vie

Architecture de Données

Ontologies

Ingénierie Système

Jumeau Numérique

Infrastructure Ferroviaire

Railway Infrastructure

Lifecycle Management

Digital Twin

Systems Engineering

Ontology

Data Architecture

Résumé

L'avènement des technologies numériques offre de nouvelles opportunités pour la gestion et l'optimisation des performances des infrastructures ferroviaires existantes. Dans ce contexte, l'application du Jumeaux Numérique émerge comme une approche prometteuse pour représenter et simuler le comportement en temps réel du système de transport en exploitation. A travers la conduite de travaux de recherche sur les processus et les conditions d'utilisation des services de Jumeaux Numériques, le Projet MINERVE mobilise la filière ferroviaire avec l'objectif d'accroitre les capacités à relever les enjeux de rentabilité, performance, disponibilité, durabilité et enfin de résilience des infrastructures de transport. Cette thèse se concentre sur la mise en oeuvre d'une architecture de Jumeau Numérique susceptible de répondre à une série de cas d'usages définis en collaboration avec le gestionnaire d'infrastructure ferroviaire. Elle étudie, en particulier, les travaux relatifs à la préparation, au traitement et à l'exploitation des données caractérisant l'actif virtuel. En application, le processus à l'étude consiste à développer une approche efficace pour filtrer, consolider et traiter le modèle d'information mis à disposition par le gestionnaire, et donc l'intégrer dans une architecture de Jumeau Numérique préalablement configurée, en vue de réaliser les cas d'usage de Jumeau Numérique considérés. Ce travail de recherche adopte une approche itérative, permettant d'améliorer le processus de préparation et de traitement des données, en se basant sur les résultats obtenus par l'utilisation de la solution de Jumeau Numérique. A chaque itération, une analyse critique des résultats permet d'identifier les limites du processus observé en matière de qualité, fiabilité, homogénéité, performance et pertinence. Des concepts tels que la gestion du cycle de vie des produits, l'ingénierie des systèmes basée sur les modèles d'information, ainsi que des ontologies spécifiques au contexte ferroviaire seront explorées, afin d'améliorer l'efficacité du processus, donc traitées dans les limites identifiées au fil des expérimentations successives. En mettant en évidence les résultats concrets obtenus, cette thèse de recherche soutient enfin l'ambition d'inspirer l'application de la technologie de Jumeau Numérique dans le secteur ferroviaire. Elle contribuera ainsi à la gestion optimisée des infrastructures existantes, ouvrant la voie à des améliorations significatives en termes de performance, fiabilité et durabilité des systèmes de transport ferroviaire.

The advent of digital technologies offers new opportunities for managing and optimizing the performance of existing railway infrastructures. In this context, the application of Digital Twins emerges as a promising approach to represent and simulate the real-time behavior of the transport system in operation. Through the conduct of research work on the processes and conditions of use of Digital Twin services, the MINERVE Project mobilizes the railway sector with the objective of increasing the capacities to meet the challenges of profitability, performance, availability, sustainability and finally resilience of transport infrastructure. This thesis focuses on the implementation of a Digital Twin architecture capable of responding to a series of use cases defined in collaboration with the railway infrastructure manager. It studies, in particular, work relating to the preparation, processing and exploitation of data characterizing the virtual asset. In application, the process under study consists of developing an effective approach to filter, consolidate and process the information model made available by the manager, and therefore integrate it into a previously configured Digital Twin architecture, with a view to carry out the Digital Twin use cases considered. This research work adopts an iterative approach, making it possible to improve the data preparation and processing process, based on the results obtained by using the Jumeau Numérique solution. At each iteration, a critical analysis of the results makes it possible to identify the limits of the observed process in terms of quality, reliability, homogeneity, performance and relevance. Concepts such as product lifecycle management, systems engineering based on information models, as well as ontologies specific to the railway context will be explored, in order to improve the efficiency of the process, therefore addressed in the limits identified through successive experiments. By highlighting the concrete results obtained, this research thesis finally supports the ambition to inspire the application of Digital Twin technology in the railway sector. It will thus contribute to the optimized management of existing infrastructure, paving the way for significant improvements in terms of performance, reliability and sustainability of rail transport systems.