Brevet FR2833363A1 — publié le 20030613

PG/2.S649. 12FR. 411/dpt - 1 - 2833363 s La présente invention a pour objet un procédé et un système d'optimisation de la conception, de la réalisation et de la mise au point de systèmes pilotés intégrant au moins un domaine technique: mécanique, hydraulique, électricité, électronique, thermique, thermodynamique ou autre. On entend par système piloté un système technique appartenant à l'un ou plusieurs des domaines précités, qui comporte généralement un ensemble d'organes et de composants de fonctionnement interconnectés, un ensemble d'organes et de composants d'instrumentation et un système d'information ou système de contrôle/commande, et dont le comportement général est régi par un système de décision, qui délivre un ensemble d'ordres et/ou de consignes manipulables, à partir d'un environnement humain et/ou à partir d'autres systèmes. Le procédé selon l' invention repose sur l'élaboration et l'emploi systématiques de modèles génériques pouvant appartenir à différents types ou classes de modèles énumérés plus loin, à toutes les étapes de conception, de réalisation et de validation d'un projet de système piloté, et sur la caractérisation et la validation systématiques de ces modèles par des essais appropriés, afn de servir de guide à la conception et d'analyser le comportement de ce système dans tous les cas d'utilisation normaux ou - 2 - 2833363 exceptionnels, en fonction de l' ensemble des contraintes imposées par un ensemble de spécifications. Le procédé selon l'invention intéresse aussi bien les projets limités ne faisant intervenir que l'un des domaines techniques précités, que les projets les plus complexes qui font appel à des compétences et des métiers très divers, avec des interactions très nombreuses entre toutes les parties constitutives d'un système, tels que la création d'un modèle de véhicules par exemple. Il propose une solution complète d'élaboration d'un projet technique, depuis les travaux d'analyse préalable permettant l'élaboration des modèles des différents types précités ou l'adaptation de modèles existants, jusqu'aux phases de validation finales du proj et, en passant par toutes les étapes intermédiaires d'étude, de choix de solutions et de mise au point des différents constituants d'un système et de leur intogration progressive dans l'ensemble. Situé dans une optique d'efficacité industrielle, il a pour objet de conduire à des économies globales sur les temps et les coûts d'étude et d'essais de mise au point, de permettre d'enrichir constamment les connaissances dans chacun des métiers concernés grâce à l'archivage systématique, après un travail de généralisation, des modèles élaborés à l'occasion de chaque projet et des résultats de simulation. On connâît le déroulement classique de la conception et de la réalisation d'un projet technique, désigné couramment sous le nom de cycle en " V ": Dans la branche de gauche du " V ", dite branche descendante, correspondant aux phases de conception, on rencontre habituellement, de haut en bas, les étapes suivantes: * après une éventuelle étude de marché, la définition des prestations fmales recherchées (performances, attentes explicites et implicites de la - 3 2833363 clientèle, coût, image de marque, qualité, fabilité, réglementation, etc.. .) fait l'objet d'une analyse des besoins permettant l'élaboration des spécifications techniques de besoins; * ces spécifications de besoins font ensuite l'objet d'une analyse fonctionnelle et technique afin de définir les architectures fonctionnelles du système et ses prestations physiques (phases de fonctionnement, modes de fonctionnement nominal et dégradé, conditions d'utilisation, conditions d'environnement, etc...), cette analyse technique conduisant à la définition des spécifications techniques générales, accompagnées généralement de dossiers de justification; * à partir de ces spécifications générales sont élaborées les architectures organiques du système (fonctionnalités et critères de performances des différents organes, attribution aux différents métiers concernés), cette analyse organique aboutissant aux spécifications techniques détaillées; * le dernier niveau de conception consiste en la définition, à l'intérieur de chaque organe, des différents composants ou pièces qui le constituent, exprimée par des spécifications techniques de réalisation. - La base du " V " correspond à la réalisation du système concerné. - Dans la branche de droite du " V ", dite branche montante, qui correspond au processus d'intégration et de validation, se succèdent habituellement, de bas en haut, les étapes suivantes: * on procède d'abord aux essais de validation des composants, en conformité avec les spécifications techniques de réalisation; * les tests se poursuivent au niveau des organes, avec toutes les opérations de réglages, de retouches et de mises au point, jusqu'à l'intégration et la validation des différents sous-ensembles, qui doivent étre conformes aux spécifications techniques détaillées; * les vérifications portent ensuite sur la validation des prestations physiques fournies par le système dans son ensemble, telles qu'elles sont exigées par les spécifications techniques générales; * la procédure se termine par la validation des prestations et performances du point de vue de l'utilisateur du système, en conformité avec les spécifcations techniques de besoins, avant de lancer la commercialisation de ce système. Dans une telle procédure classique d'étude, de développement, de réalisation et de mise au point d'un système piloté, un inconvénient majeur est que, dès lors que les essais de validation font apparatre une détaillance, une lacune ou une non-conformité aux différentes spécifcations techniques, il devient inévitable de reprendre un certain nombre d'étapes du cycle de développement en " V ", jusqu'à l'élimination des imperfections constatées. Ces retours en arrière dans le programme de développement du système engendrent des coûts d'études et surtout d'essais supplémentaires généralement non prévus dans le budget du projet. Ils sont sources également de retards qui peuvent pénaliser gravement la réussite du programme. Ces reprises d'études et de mises au point représentent un travail d'autant plus important que les détauts seront constatés à un stade plus avancé dans les essais de validation. Par exemple, une défaillance mise en évidence lors de l'intégration de différents organes du système et résultant d'un déLaut de compatibilité entre deux de ces organes, bien que validés individuellement, peut remettre en cause tout le cycle de conception, de réalisation et de validation de chacun de ces organes. En outre, il convient d'ajouter que la redéfmition d'un composant ou d'un organe est susceptible de faire apparatre de nouveaux défauts par suite des - 5 remaniements apportés aux spécifications générales ou détaillées, qui risquent de perdre alors une partie de leur cohérence, notamment sur le plan technique. Le risque de constater une défaillance ou une non-conformité lors des étapes de validation est bien entendu d'autant plus important que le système concerné présente une plus grande complexité et fait appel à un plus grand nombre de compétences pluridisciplinaires. Il devient alors de plus en plus difficile de ma^itriser de façon complète et cohérente l'ensemble du projet en question, aussi élevés que soient les niveaux de compétences et la qualité de l'organisation au sein de l'équipe chargée de le mener à bien. Le procédé selon l'invention apporte une réponse générale à ces inconvénients rencontrés lors de la conception d'un système piloté au sens défini précédemment, quel que soit le niveau de complexité de ce système. Il repose sur la mise en _uvre de modèles de différents types et classes décrits plus loin, qui peuvent être prédéveloppés, sélectionnés au sein d'une bibliothèque de modèles déjà élaborés par l'utilisateur à l'occasion d'études similaires, adaptés à partir de modèles existants ou créés spécialement pour les besoins des études. Ces modèles permettent d'étudier virtuellement le comportement du système dans toutes les plages d'utilisation et dans tous les cas de contraintes spécifiés, et de supprimer ainsi la plus grande partie des surcoûts et des retards imprévus lorsque les essais de validation font apparâître la nécessité de procéder à des modifications plus ou moins importantes sur le système prototype déjà physiquement réalisé. Cet appel systématique à la modélisation est effectif à tous les niveaux d'un processus d'étude et de développement tel que décrit plus haut, depuis le modèle d'ensemble du système considéré à l'échelle macroscopique jusqu'au modèle représentant un composant élémentaire, les modèles des différents niveaux étant progressivement interconnectés jusqu'à disposer d'une - 6 - 2833363 représentation architecturale du système rendue suffisamment réaliste par une démarche systématique de validation des modèles à partir des résultats de mesures relevés sur les composants et les organes déjà existants. Outre l'avantage mentionné plus haut d'éviter les coûts et les délais inhérents à toute modification apportée à un sous-ensemble physique, le procédé selon l'invention permet un enrichissement des connaissances dans chaque métier concerné, une réduction du coût des essais de simulation permettant de disposer d'une grande masse de résultats dans un temps court. Grâce à leur mise en bibliothèque, les modèles et les résultats de simulation peuvent être réutilisés lors de la réalisation de projets similaires, pourvu que la conception des modèles soit suffisamment générique, et donc transposable d'un système à un autre. D'autres avantages du procédé selon l'invention sont notamment: - de supprimer une partie des essais de réglage et de validation si les modèles sont suffisamment fiables et prédictifs, - d'éviter de reconduire des essais similaires sur des parties analogues du système, - de sécuriser les choix de conception par une validation anticipée des concepts retenus, de rendre intelligible le système et son processus de conception, - de permettre de justifier les choix de conception par une démarche rationnelle et de les faire comprendre à tous les acteurs d'un projet, d' aider aux choix d'architectures innovantes pour le système, - de faciliter la compréhension de problèmes imprévus. Les modèles mis en _uvre par le procédé selon l' invention peuvent appartenir à différentes classes: _ _ - Les modèles de connaissance, communément appelés " bo^tes blanches ", qui intègrent les lois de la physique et permettent d'expliquer les phénomènes observés. Ces modèles mettent en jeu des paramètres physiques et ont un caractère prédictif dans le domaine de validité des lois de la physique. Ils peuvent être de nature microscopique (les paramètres étant distribués) ou macroscopique (les paramètres étant alors localisés). - Les modèles de représentation, communément appelés " bo^tes noires ", qui reproduisent globalement un comportement identique au système, au sous ensemble ou au composant réel concerné, en fonctionnement statique ou dynamique. Ces modèles mettent en jeu des paramèkes sans signification physique directe et n'ont qu'un caractère prédictif très limité. Ils ne permettent pas la compréhension des mécanismes internes de l'élément représenté. - Les modèles mixtes, qui mêlent les deux classes de modèles précédentes. Généralement, la structure de ces modèles est de type physique et macroscopique, les lois fondamentales de la physique telles que la conservation de la masse, de l'énergie ou de la quantité de mouvement étant explicites, tandis que les lois de comportement des composants intervenant dans ces modèles peuvent être représentées par des " boîtes noires ". On peut par ailleurs distinguer, selon l' invention, les différents types de modèles suivants: - Les modèles d'analyse, destinés à comprendre et expliquer des phénomènes particuliers intéressant tout ou partie du système, par exemple l'analyse des régimes transitoires ou l'analyse fréquentielle, ou déterminer des caractéristiques intrinsèques principales. - Les modèles de conception, utilisés principalement pour les choix des architectures fonctionnelles et organiques du système, pour les études de - 8 - 2833363 dimens i onnement ou p our la définiti on du système de contrôl ecommande associé à un système piloté. Ces modèles appartiennent généralement à la classe des modèles de représentation. - Les modèles de simulation, ayant pour but la représentation du comportement, dans ses différents modes de fonctionnement statique, dynamique ou transitoire, d'un système piloté, d'un sous-ensemble ou d'un composant de ce système. Suivant le stade d'avancement d'une étude, un modèle de simulation peut avoir au départ une forme macroscopique et simplifiée, pour évoluer ensuite, si nécessaire, vers une représentation plus complète et détaillée. - Les modèles temps réel, dont l'exécution s'effectue en temps réel par rapport à l'entité physique que ces modèles représentent. Le procédé selon l'invention repose donc sur la mise en _uvre d'une base de données de modèles, ceux-ci devant être, pour assurer la cohérence de la base et la meilleure application du procédé: - hiérarchisés en modèles de systèmes, sous-systèmes, organes, composants; - polymorphes, c'est-àdire disponibles selon les besoins des études dans les di fférentes formes corresp on dant aux clas s es de mo dè l es défini es précédemment: modèles de connaissance, modèles de représentation, modèles mixtes; adaptés aux besoins de l'ingénierie et donc disponibles si nocessaire dans les différents types énumérés précédemment: modèles d'analyse, modèles de conception, modèles de simulation, modèles temps récl; - génériques, c'est-à-dire pourvus d'une structure générique, faisant appel à des lois constitutives fondées sur les lois de la similitude et transposables à des systèmes analogues; - prédictifs et donc valables dans des domaines étendus de fonctionnement et d'environnement; 9 2833363 aisément interconnectables entre eux. L'élaboration des spécifications de ces modèles et leur réalisation est guidée par un ensemble de documentations et de bases de donnces qui peuvent appartenir à trois niveaux de propriété: - Dans le domaine public sont disponibles notamment: - des listes de références bibliographiques dans les différents domaines techniques concernés par le système piloté en projet; - des bases de données relatives aux matériaux; - des bases de donnces concernant les fluides; - des bases de donnces d'essais; - des bases de données de modèles élémentaires. - Un deuxième ensemble de supports à la conduite des études et au développement des modèles associés est mis à la disposition de l'utilisateur du procédé selon l'invention, notamment: - des guides méthodologiques de modélisation, d'analyse, de spécification, de conception, de validation et de mise en bibliothèques des modèles; - des bases de modèles génériques et polymorphiques; - des bases de programmes utilitaires génériques et d' " outils " par métiers; - des notices d'utilisation de ces différents moyens. - L'élaboration des modèles peut s'appuyer enfn sur des moyens déjà disponibles chez l'utilisateur du procédé et appartenant donc à celui-ci, par exemple: - des bases de modèles applicatifs déjà développés par l'utilisateur; des bases de données d'essais ou autres archivées antérieurement par l'utilisateur. - 10- 2833363 Les modèles génériques mis à la disposition de l'utilisateur du procédé répondent aux caractéristiques souhaitables exposées plus haut et à d'autres caractéristiques permettant leur emploi par différents utilisateurs et pour différents types d'applications, cest-à-dire qu'ils sont notamment: - polymorphes, et donc disponibles dans les différents types et classes énumérés précédemment, - compatibles avec différents supports informatiques, leur programmation étant réalisée par exemple en langage C++, - hiérarchisés en niveaux progressifs d'intégration (fonctions de base, fonctions ou champs de type " bond-graph ", sousensembles technologiques, sous-systèmes, etc...), - auto-adaptatifs en ce qui concerne la structure du modèle, les variables d'état et les variables d'entrée-sortie, - paramétrables (par exemple, dans le cas de modèles concernant des fluides, ils permettent le choix de fluides monophasiques ou diphasiques, purs ou composés). Avantageusement, la mi se en _uvre des modèles as socié s à chaque niveau du cycle d'ingénierie comporte au moins les étapes suivantes: - établissement des spécifications des modèles nécessaires à partir des besoins résultant du processus de conception correspondant au niveau considéré; - élaboration et validation des dits modèles grâce à des essais de caractérisation au niveau de la structure des modèles et de l'identification des paramètres associés; - essais de validation système selon le niveau correspondant de la branche montante du cycle; - prise en compte des résultats qualitatifs et quantitatifs fournis par les modèles validés, dans le processus de conception et réitération éventuelle de la démarche jusqu'à ce que les exigences du processus de conception soient atteintes; - détermination des spécifications du niveau considéré. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec rétérence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 illustre 1'architecture générale d'un système piloté; - 11 La figure 2 montre un cycle traditionnel en " V " de conception, de réalisation, d'intégration et de validation correspondant à l'ingénierie d'un système piloté; La figure 3 représente schématiquement l'architecture d'un système utilisé à chaque niveau intermédiaire du cycle en " V " et les interactions existant avec les niveaux supérieur et inférieur; La figure 4 représente une architecture analogue dans le cas particulier du niveau le plus élevé du cycle en " V "; La figure 5 représente le méme schéma dans le cas du niveau le plus bas du cycle en " V ", c'est-à-dire celui des composants élémentaires; La figure 6 présente sous forme d'histogrammes les importances comparées des volumes d'essais nocessaires dans la démarche traditionnelle du cycle en " V " et dans l'approche proposée par l'invention; La figure 7 montre un outil de traitement associé à une bibliothèque de 1 5 modèles; La figure 8 est une représentation schématique de l'outil de traitement utiiisé dans le cas particulier du domaine de la Thermique des -fluides. La figure 1 donne l' architecture générale d'un système piloté dans laquelle: - le système de décision 3 reçoit des oldres eu'ou des consigrles d'u-r environnement humain 1 et/ou d'un environnement matériel 2, et restitue à ces environnements des informations d'état ou de mesure du système; le système de décision assure le séquencement des ordres et l'élaboration des commandes générales du systéme; - le système de décision 3 con-l-rrl-unique a-v-ec un systènle d'infolluatio-rl 4 qui assure l'acquisition et le stockage des informations d'état et de mesure (sens montant) et la mise en forme et le stockage des ordres et consignes (sens descendant); - le système d'information 4 agit sur les actionneurs 5a d'un système d'instrumentation 5 par l'intermédiaire des dispositifs de régulation et de servitude 5b, et reçoit des informations à partir de capteurs 5c; - 12 - 2833363 - le système d' instrumentation 5 est connecté par les actionneurs Sa et les capteurs Sc à un processus physique à piloter 6; - le processus physique 6 agit sur son environnement physique 7 et inversement cet environnement réagit sur le processus, en même temps que S des mesures relatives à l'environnement sont prises en compte par certains capteurs. Sur la fgure 2 appara^t le cycle d'ingénierie d'un système tel que décrit plus haut, avec sa branche de gauche descendante, correspondant aux étapes de conception, dans laquelle: - les spécifcations fmales (bloc B) à respecter font l'objet d'une analyse de besoins (bloc B2) pour élaborer les spécifcations techniques de besoins (bloc B3), - l'analyse fonctionnelle et technique (bloc B4) conduit aux spécifcations techniques générales (bloc B5), - la conception des organes (bloc B6) permet d'établir les spécifcations techniques détaillées (bloc B7), - à partir de ce troisième niveau, il est possible de rencontrer, selon la complexité du système étudié, plusieurs niveaux intermédiaires, les organes ou sous-systèmes entrant dans la composition du système pouvant eux-mêmes être décomposés hiérarchiquement en sous-organes, - le dernier niveau ou niveau inférieur avant la réalisation (bloc B) correspond à la conception des composants élémentaires (bloc B'), qui aboutit aux spécifcations techniques de réalisation (bloc Bo), et sa branche de droite montante, correspond aux phases d'intégration et d'essais de validation, dans laquelle sont réalisées: - au niveau inférieur, la validation des composants (bloc B), - de l'avant-dernier niveau (ici le niveau 3), la validation des organes ou de leurs sous-ensembles (bloc B2), - au niveau 2, la validation des prestations physiques défnies par les spécifcations techniques de besoins (bloc B3), - 13 - 2833363 - au niveau 1, la validation des prestations finales avant d'entreprendre la commercialisation (bloc B4). Le procédé selon l' invention établit, entre les deux branches du cycle en " V >> et à chaque niveau de celui-ci, un ensemble de liens opératoires de spécification, de caractérisation et de validation, à l'aide de modèles des différentes classes et des différents types mentionnés plus haut. La fgure 3 donne le détail, pour un niveau intermédiaire n (par exemple dans les cas des niveaux 3 et suivants), pour un organe ou sous-ensemble à concevoir et à valider, de ces liens opératoires et interactions, à l'intérieur du niveau concerné et en relation cohérente avec le niveau supérieur n- 1 et le niveau inférieur n + 1. Sur la figure 3, la colonne de gauche, intitulée Conception, correspond à la branche de gauche du cycle en " V " et la colonne de droite, intitulée Validation Système, correspond à la branche de droite de ce cycle. Le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes: - Le processus (Pn) de conception de niveau n répond aux spécifications (Sp n - 1) établies à l'issue du processus de conception de niveau supérieur n - 1. - Les spécifcations (Sn) d'un ou plusieurs modèles de niveau n, qui peuvent être des différents types et classes énumérés précédemment, et dont un exemple (Mn) est représenté sur la figure 3 sous la dénomination de Modèle n, sont déterminés (liaison 9) par les besoins résultant du processus de conception de niveau n. Une spécification (Sn) de modèle adapté de façon optimale aux besoins de l'étude est obtenue notamment grâce à: * une analyse préliminaire des objectifs et contraintes de la conception, * une analyse approfondie du système lui-même, - 14 - 2833363 * une bonne connaissance du ou des métiers concernés, * une compétence suffisante dans les méthodes de modélisation. Il est généralement préférable de définir un modèle (Mn) présentant un large éventail de choix et d'options de façon à en extraire le modèle le mieux adapté grâce au choix des meilleures options sur: * la structure et le niveau de complexité du modèle, * la nature et la composition des grandeurs de propagation (fluides par exemple), * le niveau de paramétrage correspondant aux besoins de l'étude. - La mise en cohérence (MCn) de ces spécifications du modèle (Mn) avec un ou plusieurs modèles du niveau supérieur n- 1 (liaison 10) doit être assurée, dans l'optique d'une éventuelle intégration du modèle (Mn) au sein de ce niveau supérieur. Cette cohérence revêt différents aspects: * cohérence structurelle, cohérence des dimensionnalités et des représentations, * cohérence des flux d' information et des flux physiques, * cohérence fréquentielle. - La spécifcation d'une procédure d'essais de caractérisation (ECn) (liaison l l) est généralement nécessaire à l'élaboration et à la validation du modèle (Mn). Le but de ces essais est de caractériser dans le choix de sa structure et des phénomènes à représenter le modèle n. L'exploitation des résultats des essais de caractérisation (ECn) permet d'identifier éventuellement les paramètres intervenant dans ce modèle et de valider (bloc Vn) la représentativité du modèle (structure et paramètres). - La spécifcation d'une procédure d'essais de validation de niveau n (bloc VSn), effectués sur bancs d'essais, est optimisée à partir des modèles de la base des modèles. Ces essais de validation du système (VSn) permettent de - 15 - 2833363 valider les choix de conception et les critères techniques au fur et à mesure de l'intégration progressive de chaque sous-ensemble, organe ou composant dans l'ensemble qui le contient. - Des opérations de réduction (REn) sur le modèle n validé au bloc Vn peuvent être effectuées grâce à des moyens très divers, notamment: * simplifcations de la structure du modèle, * réduction du nombre de variables manipulées, * mise en évidence de variables adimensionnelles, * mise à l'échelle des variables, * réduction du nombre de dimensions prises en compte, * réduction de l'ordre du constituant modélisé, * approximation de certains phénomènes, * emploi de cartographies ou de tabulations, etc L'utilisation d'une ou plusieurs formes de modèles ainsi réduits présente de nombreux avantages tels que: * l'allègement des temps de calcul grâce à la simplifcation du modèle, * la facilité d'interprétation des résultats numériques, * l'aide à l'analyse et à la conception, * une meilleure ma^trise du modèle, * une plus grande sécurité. - Un archivage du modèle n validé, sous sa forme primaire (liaison 16) et/ou sous ses différentes formes réduites (liaison 17), peut être avantageusement effectué au sein d'une bibliothèque de modèles (BMn) hiérarchisée par niveaux et dont chaque niveau n est organisé selon les différents types et classes de modèles. - Des modèles de sous-ensembles extraits de la bibliothèque (BM n +1) de niveau inférieur n+ 1, généralement sous leurs formes réduites, peuvent - 16 - 2833363 intervenir (liaison 18) dans l'élaboration du modèle n (Mn), cette intégration étant possible grâce à la mise en cohérence (MCn) prévue lors de l'établissement de la spécification (Sn) de modèle n. - L'exploitation des résultats (liaison 14) des essais de validation système (VSn) permet, après réitération éventuelle des essais, d'obtenir (liaison 15) un modèle n validé (bloc Vn). - Le comportement du modèle n validé (Vn) peut réagir (liaison 19) sur le processus de conception de niveau n (Pn) ou faire appara^tre la nécessité d'aménagements des spécifcations (modèle et essais de validation) (SPn) résultant de ce processus, la démarche de conception, de modélisation et de validation devant éventuellement être partiellement réitérée. - De la même manière, les modèles sous forme réduite contenus dans la bibliothèque (BMn) peuvent influer (liaison 20) sur le processus de conception de niveau n (Pn). La figure 4 représente l' architecture du système dans le cas o les niveaux n considérés sont les niveaux 1 et 2, le processus de conception étant l'analyse des besoins du système et les spécifications résultantes les spécifications techniques de besoins. La démarche reste la même dans son ensemble que celle adoptée pour les niveaux inférieurs. Seules dans le niveau 1 les interactions de mise en cohérence (MC) et d'extraction de modèle de la bibliothèque (liaison 18) vers le niveau supérieur sont supprimoes en l'absence de ce niveau. Inversement, la figure 5 représente l' architecture du système lorsque le niveau n considéré est le niveau le plus bas du cycle en " V ", dénommé sur la figure 5 le niveau c, le processus de conception étant alors la conception des composants et les spécifications résultantes les spécifications techniques de - 17 - 2833363 réalisation. Dans ce cas également, la démarche méthodologique reste similaire, seules les interactions de mise en cohérence (MC) et d'extraction de modèle de la bibliothèque (liaison 18) vers le niveau inférieur sont supprimées. s Dans un processus complet d'étude, de réalisation et de validation d'un système piloté, le cycle en " V " d'ingénierie doit en général être parcouru un certain nombre de fois, ces réitérations successives permettant de converger progressivement vers la validation complète du système en question. Une des conséquences les plus coûteuses de ces réitérations est la reprise partielle ou totale des essais associés aux différents niveaux du cycle. Dans la démarche traditionnelle du cycle en " V ", les essais à réaliser peuvent être classés en trois grandes catégories: - les essais de faisabilité et de validation des choix sur maquettes ou prototypes, - les essais de réglage et de mise au point du système, - les essais de validation et de recette finale. Le procédé selon l'invention ajoute à ces trois catégories une quatrième, à savoir les essais de caractérisation des différents modèles. Mais ce surcroît apporté au volume total des essais nécessaires lors du premier parcours du cycle en " V " est largement compensé par une réduction très importante du volume des essais au cours des réitérations suivantes, cet avantage étant d'autant plus sensible que le nombre de réitérations est élevé. En effet, les modèles mis en _uvre conformément au procédé selon l'invention apportent: - 1 8 - 2833363 - pour les essais de faisabilité, une aide à l'analyse rapide des problèmes et des interactions complexes, ainsi qu'une réactivité et une force de proposition accrue; - pour les essais de réglage, une réduction importante du volume de ces essais par l'élimination d'une grande partie des problèmes rencontrés et grâce aux simulations, le remplacement d'un grand nombre de paramètres de réglage interdépendants par un nombre réduit de paramètres indépendants; - pour les essais de validation, une analyse et une compréhension rapides des 1 0 écarts. La figure 6 illustre sous forme d'histogrammes cet avantage majeur du procédé selon l'invention. Elle présente, pour chacune des quatre catogories d'essais (caractérisation, validation, réglage et recette) les volumes statistiques comparés des essais à réaliser selon la méthode traditionnelle (en blanc sur la fgure) et selon le procédé de l'invention (en hachuré sur la figure). Cette comparaison est effectuée dans le cas du premier parcours du cycle en " V " (à gauche sur la figure) et dans le cas d'une itération de rang n, supposée proche de la validation fmale du système piloté (à droite sur la figure). On voit nettement, une fois réalisé l'investissement initial correspondant aux essais de caractérisation des modèles, le gain substantiel obtenu sur le volume total des essais, particulièrement en ce qui concerne les essais de réglage. La fgure 7 donne, pour chacun des domaines techniques ou des métiers pouvant intervenir dans la conception et la réalisation d'un système piloté, l'organisation générale d'une bibliothèque de modèles génériques mise à disposition d'un utilisateur du procédé selon l' invention par le titulaire de l' invention et destinée à servir de base aux modèles plus spécifques à créer par cet utilisateur à l'occasion de l'étude d'un système piloté, ou même à fournir directement les modèles appropriés. - 19 - 2833363 Cette bibliothèque comporte deux parties: - Un outil de traitement 21 qui remplit les fonctions de définition des entrées- sorties et des variables associées, de calcul des états et de résolution des équations internes, non visible pour l'utilisateur; cet outil permettant de gérer à partir d'une même représentation une pluralité de modèles. Il contient toutes les fonctionnalités pour la mise en _uvre d'une bibliothèque de modèles. - Une bibliothèque de modèles proprement dite 22, qui comprend elle-méme deux sous-ensembles: - une bibliothèque (23) de modèles physiques élémentaires, caractérisés par le fait qu'ils mettent en _uvre des paramètres génériques et qu'ils ne sont pas modifables, - une bibliothèque (24) de modèles composés à partir de modèles élémentaires et qui correspondent à des composants standard complexes, des extensions d'éléments de base ou des composants personnalisés, l'ensemble des modèles de ces deux catégories présentant le plus grand nombre d'options et de choix paramétriques de façon à correspondre au plus grand nombre possible de cas d'utilisation, et à éviter ainsi aux utilisateurs la charge du développement de modèles spécifiques adaptés à leurs applications. La figure 8 illustre de façon plus détaillée l'organisation d'une bibliothèque de modèles génériques telle qu'elle est décrite par la figure 7, en prenant l'exemple du domaine technique de la Thermodynamique des Fluides. Elle présente le fonctionnement de l'outil de traitement relatif au domaine précité, utilisable pour la modélisation de processus faisant intervenir aussi bien des flux liquides que gazeux, à l'état pur ou composé, ou encore des fluides mêlant les phases liquides et gazeuses. L'ensemble des grandeurs d'entrée 25, en provenance des différents modèles connectés à l'outil de traitement, comprend notamment: - 20 - 2833363 - les flux massiques des fluides concernés, - les compositions de ces flux, - les enthalpies spécifiques, - les contributions en volumes, - les échanges de chaleur externes. Ces grandeurs d'entrée sont introduites dans un module 26 contenant les équations d'équilibre des masses et des énergies. La résolution de ces équations détermine l'ensemble 27 des grandeurs d'état tel les que pres s ions, enthalp i es spé ci fi ques, fracti ons massiques de chaque constituant. Ces grandeurs d'état sont prises en compte par le module 28 qui contient les équations d'état, les équations thermodynamiques et les équations de circulation dynamique des fiuides, en relation avec les équations d'équilibre 26. La résolution de ces différentes équations détermine l' ensemble 29 des grandeurs de sortie telles que des caractéristiques de thermophysiques, à savoir: pressions, températures, masses ou fractions massiques, énergies, enthalpies, entropies, viscosité, conductivité thermique, caractéristiques de saturation. Toutes ces variables de sorties sont retournées aux différents modèles connectés (bloc 30). - 21 - 2833363 REVENDICATIONS 1. Procédé d'optimisation de la conception, de la réalisation et de la mise au point d'un système piloté intégrant au moins un domaine technique, ce procédé mettant en _uvre un cycle de conception et de réalisation de type cycle en " V " à plusieurs niveaux, caractérisé en ce qu'à chacun des niveaux dudit cycle, il met en _uvre au moins un modèle contribuant à établir un ensemble de liens opératoires entre les phases de conception correspondant à la branche descendante dudit cycle pour ce niveau et les étapes de validation correspondantes de la branche montante, en vue de valider les spécifications techniques propres à ce niveau préalablement au passage au niveau suivant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise en _uvre des modèles associés à chaque niveau du cycle d'ingénierie comporte au moins les étapes suivantes: - établissement des spécifications des modèles nécessaires à partir des besoins résultant du processus de conception correspondant au niveau ,, consdere; - élab oration et validation des dits modèles grâce à des es s ais de caractérisation au niveau de la structure des modèles et de l'identification des paramètres associés; - essais de validation système selon le niveau correspondant de la branche montante du cycle; 2 5 - pri se en compte des résultats qual itati fs et quantitati fs fourni s par le s modèles validés, dans le processus de conception et réitération éventuelle de la démarche jusqu'à ce que les exigences du processus de conception soient atteintes; - détermination des spécifications du niveau considéré. - 22 - 2833363 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les spécifications des modèles affectés à chaque niveau du cycle d'ingénierie sont établies en complète cohérence avec les modèles du niveau supérieur aussi bien du point de vue de la cohérence structurelle que de S celui de la cohérence des flux d'informations et des flux physiques et de la cohérence fréquentielle. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modèles validés élaborés à tous les niveaux du cycle d'ingénierie font avantageusement l'objet d'opérations de réduction notamment par l' introduction de variables adimensionnelles ou des mises à l'échelle, chaque modèle dans sa forme primaire pouvant faire l'objet de différentes formes de réduction. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modèles en forme réduite élaborés à chaque niveau du cycle d'ingénierie constituent chacun un sous-ensemble d'un ou plusieurs modèles du niveau supérieur. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modèles élaborés aux différents niveaux du cycle d'ingénierie appartiennent à différentes classes, notamment: - les modèles de connaissance ou " bo^tes blanches ", intégrant les lois de la physique; - les modèles de représentation ou " boîtes noires ", dont le comportement est similaire au phénomène physique représenté, mais dont les paramètres n'ont pas de signifcation physique; - les modèles mixtes, qui mêlent des éléments des deux classes précédentes. - 23 - 2833363 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modèles élaborés aux différents niveaux du cycle d'ingénierie appartiennent à différents types, notamment: - les modèles d'analyse, destinés à la compréhension de phénomènes particuliers; - les modèles de conception, utilisés principalement lors des choix qualitatifs de conception et des dimensionnements; - les modèles de simulation, destinés à étudier les comportements dans les différents cas de fonctionnement des systèmes, sous-ensembles ou composants représentés; - les modèles en temps réel, dont le fonctionnement temporel est conforme à l'entité physique représentée. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modèles validés élaborés aux différents niveaux du cycle d'ingénierie, dans leurs formes primaires ou dans leurs formes réduites, ainsi éventuellement que les résultats fournis par ces modèles, sont rangés dans une bibliothèque de modèles hiérarchique, organisce selon les différents niveaux du cycle d'ingénierie et selon les différents types et classes de modèles, de manière à enrichir progressivement le savoir-faire de l'utilisateur du procédé selon l' invention et à faciliter au maximum la réutilisation de ces modèles lors de cycles d'ingénierie similaires ultérieurs. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des bibliothèques de modèles pré-élaborés sont mises à disposition des utilisateurs dans chacun des domaines techniques ou des métiers susceptibles d'intervenir dans un projet de système piloté, ces modèles étant eux-mêmes caractérisés par leur grande généricité et par le grand nombre d'options offertes au niveau de la structure de ces modèles et des choix paramétriques. - 24 - 2833363 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dite bibliothèque de modèles génériques mise à la disposition des utilisateurs comprend, dans chaque domaine technique concerné, un outil de traitement assurant la prise en compte des variables d'entrée-sortie, le calcul des états et la résolution des différentes équations, une bibliothèque de modèles physiques élémentaires et une bibliothèque de modèles composés. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, outre les bibliothèques de modèles génériques précitées, un ensemble de guides méthodologiques de modélisation, d'analyse, d' établissement des spécifications, de conception à l' aide de modèles, de conduite et d'analyse des essais de validation et de mise en bibliothèque, sont mis à disposition de l'utilisateur. 12. Système pour la mise en _uvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chacun des niveaux n, des moyens de détermination des spécifications (Sn) d'un ou plusieurs modèles (Mn) en fonction des besoins résultant du processus de conception (Pn), des moyens de mise en cohérence (MCn) de ces spécifications du modèle (Mn) avec un ou plusieurs modèles de niveau supérieur, des moyens de détermination d'une procédure d'essais de caractérisation (ECn) pour l'élaboration et la validation du modèle (Mn), des moyens d'identification des paramètres intervenant dans ce modèle et des moyens de validation de ce modèle (Mn) en fonction des résultats des essais de caractérisation (ECn), des moyens de spécifcation d'une procédure d'essai de validation (VSn) sur banc d'essais et d'optimisation de cette spécification à l'aide des modèles d'une base des modèles, contenant des modèles n validés sous leur forme primaire et/ou sous ses différentes formes réduites, une boucle de réaction du comportement du modèle validé (Vn) sur le processus de conception de niveau n (Pn) et/ou sur des moyens de - 25 - 2833363 détermination techniques de besoins (SPn) avec possibilité de réitération de la démarche de conception, de modélisation et de validation. 13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend, en tant que base de modèles, une bibliothèque en deux parties comportant: - un outil de traitement (21) qui remplit les fonctions de défmition des entrées- sorties et des variables associées, de calcul des états et de résolution des équations internes, non visible pour l'utilisateur; cet outil permettant de gérer à partir d'une méme représentation une pluralité de modèles, - une bibliothèque de modèles proprement dite (22), qui comprend elle-méme deux sous-ensembles: - une bibliothèque (23) de modèles physiques élémentaires mettant en _uvre des paramètres génériques et qui ne sont pas modif ables, - une bibliothèque (24) de modèles composés à partir de modèles élémentaires et qui correspondent à des composants standard complexes, des