La demande croissante est telle que le monde de l’ingénierie et du développement de produits cherche des solutions pour mettre sur le marché plus rapidement des produits intelligents et connectés. La nouvelle ingénierie des systèmes basée sur des modèles (MBSE) répond exactement à ce besoin : elle offre une solution numérique qui permet de maîtriser la complexité de ces systèmes intégrés et de créer des produits de qualité supérieure.
Le monde de l’ingénierie et du développement de produits repose sur l’amélioration constante des processus et de la technologie. Parmi tous ces progrès, il en est avec lesquels nous interagissons délibérément tous les jours, et d’autres, tels que l’amélioration des infrastructures, qui rendent notre vie globalement meilleure mais auxquels nous ne prêtons pas forcément attention. Qu’une entreprise conçoive un appareil électronique grand public ou un système de transport plus durable, le volume du travail d’ingénierie nécessaire explose. Dans de nombreux secteurs d’activité, les disciplines impliquées dans ce travail se diversifient également ; par exemple, les logiciels et l’électronique ajoutent désormais une valeur importante à des produits qui étaient traditionnellement mécaniques. Dans le monde entier, les responsables de l’ingénierie sont à la recherche de meilleures méthodes d’intégration de tous ces systèmes, afin de faciliter le développement de la prochaine génération de produits innovants. Ils cherchent une solution pour mettre ces produits sur le marché plus rapidement afin de tirer parti de la demande croissante de produits intelligents et connectés. La nouvelle ingénierie des systèmes basée sur des modèles (MBSE) répond exactement à ce besoin : elle offre une solution numérique qui permet de maîtriser la complexité de ces systèmes intégrés et de créer des produits de qualité supérieure.
De quelle MBSE s’agit-il ?
De nombreuses personnes travaillant dans les secteurs de l’automobile, de l’électronique et de l’aérospatiale connaissent déjà la méthodologie MBSE. En effet, dans ces secteurs, une précédente mise en œuvre de cette méthodologie et de son ensemble d’outils ont été utilisés pendant des décennies en tant qu’évolution de l’ingénierie des systèmes traditionnelle. Toutefois, il est important de comprendre qu’une approche MBSE moderne se présente et fonctionne très différemment des approches précédentes. La différence la plus importante réside peut-être dans la manière dont les informations enregistrées dans le système sont saisies, stockées et partagées. Au lieu d’être simplement incluses dans des diagrammes dessinés sur un tableau noir ou dans des modèles créés avec PowerPoint, les données sont stockées de manière centralisée et connectées de manière sécurisée avec d’autres informations pertinentes pour constituer l’architecture du système, c’est-à-dire une feuille de route couvrant des processus de développement jusqu’à l’exploitation et la maintenance. Ces processus de développement sont supportés par des flux de travail de continuité numérique, qui relient au jumeau numérique les décisions prises et le travail effectué à l’aide des outils utilisés par les différentes disciplines. Cette source de vérité unique rend les données plus facilement accessibles et plus précieuses dans le cadre du développement pluridisciplinaire des produits d’aujourd’hui et de demain.
Définir l’architecture
L’architecture du système est au cœur de la MBSE, et bien qu’elle joue de nombreux rôles au sein d’une entreprise, sa fonction principale est de permettre de gérer les processus de développement dans l’ensemble de l’entreprise et de sa chaîne de valeur. Le travail sur cette architecture commence dès le début de n’importe quel projet, que ce soit lors de l’élaboration conceptuelle d’un nouveau produit ou lors de la définition des besoins en vue de faire évoluer un produit existant. L’architecture du système inclut le cahier des charges et le plan de développement. Elle répond également à plusieurs questions cruciales, telles que : Quels critères permettront de déterminer si le produit est succès ? Comment les décisions de développement seront-elles évaluées et validées ? Qui sera chargé de traduire les systèmes sous la forme d’une définition propre à chaque discipline, qu’il s’agisse de la mécanique, des logiciels, de l’électronique ou même des opérations commerciales ?
Les informations contenues dans l’architecture du système peuvent être très diverses et inclure, par exemple, les exigences des organismes de réglementation, les limites de l’infrastructure de fabrication existante et les études de compromis effectuées au début du développement. Pour les ingénieurs système, la coordination efficace de toutes ces informations nécessite une méthodologie normalisée reposant sur un langage de modélisation tel que SysML et un outil de modélisation tel que System Modeling Workbench. Traditionnellement, au cours du développement, tous les processus, décisions et analyses étaient collectés et transmis à un petit groupe d’ingénieurs système qui redistribuaient ces informations aux différents groupes. Mais l’interconnexion croissante des produits actuels rend cette tâche difficile, voire impossible. Par conséquent, les entreprises qui développent des avions intelligents et connectés, des automobiles, des équipements lourds, etc. commencent à la décentraliser grâce à la numérisation. Les décisions sont transmises aux groupes pluridisciplinaires qu’elles concernent et leur impact sur le système de systèmes est communiqué à toutes les personnes concernées par les modifications. L’utilisation de cette méthodologie nécessite donc impérativement une communication efficace.
Communiquer efficacement
Une architecture de système solide est un outil très précieux pour la plupart des entreprises. Toutefois, sans communication entre toutes les parties prenantes, aucune livraison rationalisée n’est possible entre les différents services. Et parfois même aucune livraison du tout. Or l’architecture du système n’est fiable que si chaque service ajoute du contexte au système. Ces dernières années, la communication a été considérablement améliorée dans le flux de travail MBSE et elle devrait progresser encore davantage avec SysML v2, le langage de modélisation de nouvelle génération pour l’ingénierie des systèmes. La plupart des secteurs innovants utilisent encore des documents numériques pour expliquer le fonctionnement de leurs systèmes complexes. Cependant, il existe une différence entre vouloir disposer d’une continuité numérique fiable allant du concept à la maintenance et en avoir une, et l’absence de continuité découle d’une insuffisance des outils utilisés et de l’incapacité à impulser le changement de culture nécessaire pour que le personnel accepte de faire confiance à une source de vérité unique.
Dans le cadre des méthodologies MBSE, SysML v2 vise à améliorer la communication entre les domaines mécanique, électronique, électrique et logiciel. Avec ses mises en œuvre précédentes, de nombreux systèmes complexes utilisés dans les avions ou les automobiles ne pouvaient pas être modélisés, car le langage de modélisation était basé sur Universal Modeling Language (langage de modélisation universel), créé à l’origine pour le développement de logiciels uniquement. Pour pouvoir disposer des fonctionnalités natives manquantes, les grands équipementiers et bureaux d’études ont donc dû acheter ou créer des extensions personnalisées pour SysML. Toutefois, cela était contraire à l’objectif d’un langage de modélisation normalisé, car les fournisseurs, et même parfois les services internes, ne pouvaient pas utiliser les informations et les modèles dans l’architecture de système. L’objectif de SysML v2 est de supprimer les limitations héritées d’UML et d’intégrer la syntaxe nécessaire pour gérer les modèles utilisés quotidiennement par les architectes de systèmes et les entreprises. Une bonne communication permettra de valoriser davantage la réutilisation en aval, ce qui constitue peut-être la plus grande proposition de valeur d’une approche MBSE moderne.
Applications en aval
La communication joue un rôle important dans la création d’une architecture de système précise et dans sa diffusion au sein d’une entreprise afin de planifier le développement, mais elle permet aussi de réutiliser les informations extrêmement précieuses contenues dans les modèles. La réutilisation en aval est l’un des bénéfices les plus difficiles à évaluer pour une entreprise, car elle peut concerner un très large éventail d’applications. Par exemple, pour créer des produits intelligents, il est très utile de réutiliser des fonctionnalités logicielles car cela permet de réduire la complexité du code. Ainsi, dans le système de freinage d’urgence d’un véhicule autonome, l’électronique et le logiciel doivent interpréter correctement différents facteurs pour pouvoir identifier un obstacle et arrêter le véhicule en toute sécurité : À quelle distance se trouve l’obstacle ? Quelle est sa vitesse ? Quel est l’état de la route ? Les plaquettes de frein sont-elles un peu usées, nécessitant une compensation ?
La meilleure façon de répondre à ces questions est de faire appel à des fonctionnalités logicielles déjà présentes dans le véhicule. Cela réduit la quantité de code embarqué nécessaire et permet de mieux optimiser les contrôleurs électroniques. L’autre solution consisterait à utiliser des processeurs généralisés calculant un ensemble de données plus large de façon moins efficiente. Le système de freinage d’urgence, par exemple, peut extraire des données du système de freinage antiblocage, recevoir des mesures de vitesse et de distance du régulateur de vitesse adaptatif, et déterminer l’état de la route à partir des informations des capteurs de température embarqués et des données météorologiques disponibles dans le cloud. Dans la réalité, le flux de données peut être très différent, mais utiliser l’architecture du système pour planifier ces scénarios d’utilisation et optimiser le traitement améliore considérablement l’efficacité de ces systèmes interconnectés.
En aval, ces données peuvent également influer sur des aspects plus commerciaux du développement d’un produit. Les données de CAO issues de l’ingénierie peuvent servir à créer du matériel de marketing plus tôt dans le cycle de conception. La traçabilité des décisions permet de fournir aux autorités de réglementation des informations essentielles concernant la sécurité. Disposer des informations relatives au développement des produits permet aux responsables des achats de choisir les fournisseurs ou grossistes adéquats et d’améliorer la collaboration avec le réseau de fournisseurs de l’entreprise. Enfin, les paramètres de durabilité d’un produit et de son processus de fabrication peuvent être évalués, ce qui favorise l’investissement, surtout à une époque où de plus en plus d’investisseurs recherchent des entreprises offrant de bonnes performances ESG (environnementales, sociales et de gouvernance).
La MBSE pour une économie mondialisée
Pour les entreprises, le terme « ingénierie des systèmes basée sur des modèles » revêt de nombreuses significations, mais chacune de ses mises en œuvre doit reposer sur une architecture de système précise et communicable. Pour pouvoir développer un produit gagnant, vous devez comprendre les besoins, les coûts, les matériaux, les processus de fabrication, la sécurité et les produits concurrents afin de différencier le vôtre en termes de délai de production, de coût, de qualité ou de durabilité, voire d’une combinaison de ces quatre facteurs. Connaître ces informations dans le contexte d’un système interconnecté est encore plus précieux qu’en avoir une connaissance isolée. Vous pouvez effectuer votre analyse dès le début avec la solution logicielle adéquate, ce qui élargit l’espace de conception et vous permet de sélectionner la meilleure mise en œuvre pour n’importe quelle situation. Et lorsque vous avez défini l’architecture optimale, pouvoir la communiquer avec précision garantit que le bon produit sera fabriqué correctement et livré au client en temps voulu. Les chaînes d’approvisionnement devenant de plus en plus complexes et s’étendant sur de plus en plus de zones géographiques dans notre économie mondialisée, il est crucial d’utiliser une approche de développement qui tient compte de cette complexité croissante. Chez Siemens, nous perfectionnons constamment l’approche MBSE intégrée dans notre portefeuille de logiciels Xcelerator, non seulement pour faciliter la réalisation des programmes de développement complexes et mondiaux de demain, mais aussi pour accélérer votre activité dès aujourd’hui.
Auteur : Tim Kinman, vice-président de l’entité Trending Solutions Consulting et responsable mondial du programme de numérisation des systèmes, Siemens Digital Industries Software.
Tim Kinman est directeur exécutif de l’entité Trending Solutions Consulting et responsable mondial du programme de numérisation des systèmes. Il possède plus de 36 ans d’expérience dans le domaine du développement de produits, des applications de CAO à la gestion des données PDM, et plus de 17 ans d’expérience dans l’accompagnement de la transformation opérationnelle de nos clients.
Dans son poste actuel, Tim travaille avec des clients du monde entier sur des solutions d’ingénierie et de conseil en vue de la mise en œuvre de solutions de pointe. Conseiller de confiance des grands comptes, il s’est spécialisé dans la transformation opérationnelle des entreprises et l’amélioration du délai de rentabilisation. En tant que responsable mondial du programme de développement de l’ingénierie des systèmes basés sur des modèles (MBSE), Tim collabore avec toutes les entités de développement et fonctionnelles pour concrétiser les promesses de la MBSE et travaille avec les clients sur des plans de mise en œuvre adaptés à leurs besoins métier.
