Modularité et Réutilisabilité en Ingénierie Systèmes Basée sur les modèles afin desupporter la transformation numérique de l'ingénierie

Modularity and Reusability in Model-Based Systems Engineering supporting DigitalTransformation of Engineering

• Auteur / Autrice : Teddy Grezes
• Direction : Alexis Aubry
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
• Date : Inscription en doctorat le 05/05/2025
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : IAEM - INFORMATIQUE - AUTOMATIQUE - ELECTRONIQUE - ELECTROTECHNIQUE - MATHEMATIQUES
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CRAN - Centre de Recherche en Automatique de Nancy
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MPSI - Modélisation, Pilotage, Sûreté des Systèmes Industriels

Mots clés

Mots clés libres

Mbse

Transformation numérique de l'ingénierie

Réutilisabilité des modèles

Maturité des modèles;

Adoption du MBSE

Mbse

Digital Transformation of Engineering

Model Reusability

Model Maturity

MBSE adoption

Résumé

Le contexte général de cette thèse CIFRE s'inscrit dans le cadre de la transformation numérique de l'ingénierie au sein de l'entreprise Crouzet et plus spécifiquement sur la mise en œuvre de l'Ingénierie Système Basée sur les Modèles (Model-Based Systems Engineering). L'approche Model-Based Systems Engineering (MBSE) présente de nombreux avantages (formalisation des artefacts d'ingénierie, communication entre les acteurs, vérification/validation plus rigoureuse, traçabilité, analyse des impacts de changement des exigences, automatisation de la production de livrables …), mais demande une bonne connaissance des processus d'Ingénierie Systèmes, de profondes modifications dans l'organisation de l'entreprise, dans les processus et méthodes d'ingénierie, ainsi que dans l'infrastructure technique et logicielle d'ingénierie. Le challenge est de conduire cette transformation sans perte du savoir-faire de l'entreprise, et en facilitant le travail des ingénieurs et leur appropriation du MBSE. Ainsi , dans une entreprise sous-traitante de l'industrie aéronautique comment faciliter le déploiement et l'adoption du MBSE en utilisant la modélisation pour formaliser et capitaliser le savoir-faire de l'entreprise et simplifier le travail quotidien des ingénieurs, des modélisateurs et les échanges avec les autres parties prenantes d'un projet ? Ce sujet se déroule sur 3 axes : modélisation, environnement numérique et adoption. • Modélisation Il s'agit notamment de mettre en application des principes de standardisation et de modularité pour concevoir des architectures modulaires de modèles, favorisant la réutilisation et permettant une conception de produits plus rapide, par composition de différents modèles. On peut s'appuyer pour cela sur des propriétés recherchées de ces modèles dans le contexte spécifique de l'entreprise : adapté à l'échelle des problèmes (scalable), exploitables et supportant les décisions (actionnable), en adéquation avec le cycle de vie du système à faire, réutilisables, agiles, dignes de confiance, reconfigurables, modulaires... Ces propriétés doivent être définies formellement afin de faciliter leur vérification. Pour favoriser la réutilisation, le second volet de la recherche concerne l'identification des modèles (carte d'identité des modèles, modèles d'intention) à capitaliser puis l'évaluation de leur maturité pour leur réutilisation et les processus associés (vérification / validation de modèles descriptifs ou de simulation). La pertinence de l'utilisation des outils de l'IA et du Machine Learning pour l'extraction de patrons de modélisation et leur capitalisation doit être analysée parmi les solutions possibles. • Environnement numérique – Continuité digitale – ASOT L'environnement numérique, support à la mise en œuvre du MBSE, doit être adapté aux enjeux auxquels l'entreprise sera confrontée. Il est essentiel de construire une Authoritative Source of Truth pour valider, qualifier et partager les modèles et données entre les différentes parties prenantes, afin de référencer les modèles sûrs à exploiter par les équipes. Cette source doit permettre de développer le système industriel, de réaliser des simulations et des optimisations, ou encore de produire des rapports avec des modèles et données de référence partagés. Pour l'échange de modèles avec les partenaires extérieurs d'un projet, une attention particulière doit être portée sur la propriété intellectuelle et la non-diffusion du savoir-faire de l'entreprise au travers des modèles. Associée à la source de vérité, la continuité digitale soulève des problématiques d'intégration et d'interopérabilité des modèles et des applications, largement documentés dans la littérature mais toujours source de difficultés de mise en œuvre. • Adoption Enfin le dernier axe de recherche concerne l'adoption du MBSE au sein des équipes. Il est pertinent d'utiliser des frameworks d'architecture d'entreprise tels que UAF (Unified Architecture Framework), car ils offrent des méthodologies éprouvées pour structurer et gérer la transformation des systèmes d'information et des processus organisationnels. Une roadmap d'adoption devra être proposée selon les axes organisationnels et techniques avec des problématiques d'alignement entre ces deux axes, incluant des formations et ateliers, des bacs à sable… Il est également important de mesurer le niveau d'adoption du MBSE et d'analyser l'impact de cette adoption sur les performances de l'entreprise. Cela passe par la définition et la mise en place d'indicateurs de la maturité d'adoption du MBSE (nombre de personnels formés, personnel impliqués dans des projets, …), puis par la définition et mise en place d'indicateurs mesurant l'impact de la maturité sur les performances de l'entreprise en interne et en externe (conception, industrialisation, livraison, …).

• Modeling This axis aims to apply principles of standardization and modularity to design modular model architectures, promoting reuse and enabling faster product design through the composition of different models. The work will rely on specific properties sought in these models within the company's context: scalability (adapted to the scale of problems), actionability (usable and decision-supportive), alignment with the system's lifecycle, reusability, agility, trustworthiness, reconfigurability, modularity, etc. These properties must be formally defined to facilitate their verification. To promote reuse, a second focus concerns the identification of models (model identity cards, intent models) to be capitalized, and the evaluation of their maturity for reuse, along with associated processes (verification/validation of descriptive or simulation models). The relevance of using AI and Machine Learning tools for the extraction and capitalization of modeling patterns should also be analyzed among the possible solutions. • Digital Environment – Digital Continuity – ASOT The digital environment supporting MBSE implementation must be adapted to the company's challenges. It is essential to build an Authoritative Source of Truth (ASOT) to validate, qualify, and share models and data between the various stakeholders, serving as a reference for secure models to be exploited by teams. This source should enable the development of the industrial system, the execution of simulations and optimizations, and the generation of reports based on shared reference models and data. When exchanging models with external project partners, special attention must be paid to intellectual property protection and the non-dissemination of the company's know-how through shared models. Associated with the source of truth, digital continuity raises issues of integration and interoperability between models and applications — challenges that are well documented in the literature but remain difficult to implement effectively. • Adoption The final research axis concerns the adoption of MBSE within the teams. It is relevant to use enterprise architecture frameworks such as UAF (Unified Architecture Framework), as they offer proven methodologies for structuring and managing the transformation of information systems and organizational processes. An adoption roadmap will need to be proposed, considering organizational and technical aspects, and addressing alignment challenges between these two dimensions. This includes the organization of training sessions, workshops, sandbox environments, etc. It is also important to measure the level of MBSE adoption and analyze its impact on the company's performance. This will involve defining and implementing indicators of MBSE adoption maturity (e.g., number of personnel trained, personnel involved in projects) as well as indicators measuring the impact of maturity on internal and external company performance (design, industrialization, delivery, etc.).