INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Procédé de modélisation et de simulation d’un système de systèmes Domaine de l’invention La présente invention concerne la gestion du cycle de vie d'actifs, et de manière plus spécifique, l'analyse de planification pour la gestion du cycle de vie d'actifs.
La gestion des actifs au sens du présent brevet fait référence à la gestion des actifs d'une entité technique, telle qu'une infrastructure ou un site industriel, considérée comme un système technique complexe formé de plusieurs équipements et ressources interagissant ensemble, dans le but de maximiser la valeur des actifs tout au long de leur cycle de vie et d’optimiser la performance et les modes d’exploitation des actifs, en réduisant les coûts en capital des actifs ainsi que les coûts d'exploitation liés aux actifs et en prolongeant la durée de vie des actifs.
Pour se faire, on a proposé de construire des jumeaux numériques des infrastructures et des sites industriels à gérer basés sur un modèle permettant de réaliser des simulations prédictives ou des supervisions par synchronisation intégrant l’évolution réelle du système associé.
Le développement de l'Internet industriel des objets et des technologies de plateformes cloud facilite par ailleurs le déploiement de services industriels à valeur ajoutée comme la surveillance à distance, l'exploitation et la maintenance intelligentes, l'optimisation professionnelle, etc.
Le développement des technologies de l'information de nouvelle génération fournit un support puissant à ces services industriels, et un jumeau numérique fournit notamment un moyen technique pour la fusion interactive d'un domaine d'information et d'un domaine physique. Les jumeaux numériques sont des objets techniques numériques virtuels associés à des entités physiques dont les comportements dans un environnement réel sont simulés au moyen de données. Les capacités techniques des entités physiques sont modifiées au moyen d'un retour d'interaction virtuel-réel, d'une analyse de fusion de données, d'une optimisation itérative de décision, etc.
L’utilisation de jumeaux numériques permet de superviser l'ensemble du processus du cycle de vie d'un système technique et de ses composants, l'état actuel du système technique pouvant être reflété en temps réel dans le jumeau numérique, et assure l'optimisation en temps réel et la maintenance des décisions et des prévisions, en fonction des informations de perception.
La dynamique, en temps réel, bidirectionnelle et en boucle fermée, d’un jumeau numérique permet de surveiller, vérifier, simuler, prédire et optimiser, en fonction d'objectifs spécifiques, les activités techniques de l'entité physique supervisées par ce biais, le jumelage numérique assurant la synchronisation de l'interaction des entités physiques avec les artefacts numériques.
Les paramètres d'états des entités physiques peuvent être mesurés et transmis de façon fiable et efficace au jumeau numérique, de sorte que celui-ci reflète fidèlement l'état technique réel d’une entité physique. Lorsque les variables d’états et les consignes des paramètres évoluent sur le jumeau numérique, les informations associées sont renvoyées à l'entité physique, de sorte que le comportement et l'état technique de l'entité physique peuvent être ajustés.
Dans le domaine industriel, la réalisation de l'acquisition de données d'équipements techniques via la technologie de bus de terrain est mature et largement appliquée. Cependant, l'Internet industriel des objets a franchi le périmètre du champ industriel, en se connectant désormais à l'Internet au sens large. La technologie de communication sans fil (GPRS, 4G, 5G, LPWAN, etc.) est largement utilisée, et la stabilité et la bande passante des connexions exercent une grande influence sur le degré d'interaction virtuel-réel, la sécurité d’ensemble devenant par exemple plus difficile à garantir. Par conséquent, la méthode de synchronisation virtuelle-réelle de l'entité physique et du jumeau numérique est un problème qui mérite une étude approfondie.
Etat de la technique Dans l’état de la technique, on connaît l’article fondateur de M. Grieves [Grieves, 2014, Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication – A Whitepaper by Dr. Michael Grieves, White Paper, Florida Institute of Technology, vol. 1, p. 1-7 ;
voir https://www.researchgate.net/publication/275211047_Digital_Twin_Manufacturing_Excellence_through_Virtual_Factory_Replication] qui expose qu’un jumeau numérique repose sur trois éléments : des objets physiques dans un espace réel, des objets numériques dans un espace virtuel et les échanges de données et d'information qui lient ces deux types d’objets.
170 insert supportant le deuxième circuit électronique
180 plaque en métal
181 secteur de la plaque en métal
190 couche de recouvrement
200 vernis
Fig. 4 montre le capteur de la en perspective.
Fig. 5 montre en perspective le capteur de la associé à une cible.
Les figures 3 à 5 illustrent de façon schématique un capteur linéaire inductif 100 permettant de déterminer la position relative d’une cible 2 (cf. figures 3 et 5) par rapport audit capteur. Un capteur de ce type est déjà connu de l’homme du métier. Le document FR3002034 montre un type de capteur de position inductif auquel la présente divulgation peut s’appliquer. Cette divulgation peut toutefois également s’appliquer à d’autres capteurs inductifs fonctionnant sur le même principe, c’est-à-dire fonctionnant comme un transformateur électrique sans noyau, avec ici un bobinage primaire émetteur et des (deux) bobinages secondaires récepteurs. La montre le bobinage primaire 10 émetteur avec un premier bobinage secondaire 20 tandis que la montre le bobinage primaire 10 avec un deuxième bobinage secondaire 40.
Il est maintenant fait référence à la . Comme indiqué, cette figure montre le bobinage primaire 10 émetteur. Ce bobinage peut être réalisé par exemple sur une carte de circuit imprimé (connue aussi sous le sigle PCB). Il se trouve par exemple à la périphérie d’au moins une face de cette carte, par exemple sur chacune des faces de cette carte. On peut par exemple prévoir, comme illustré sur les figures 1 et 2, la présence de deux spires respectives sur chaque face d’une carte de circuit imprimé (soit quatre spires au total). Chaque spire illustrée ici présente une forme rectangulaire, dont la plus grande dimension s’étend parallèle à un axe longitudinal 4. L’axe longitudinal 4 correspond à un axe de symétrie de chaque spire, qui est parallèle aux longs côtés de la spire considérée. Cet axe longitudinal 4 correspond à l’axe le long duquel la position de la cible 2 est mesurée.
Le premier bobinage secondaire 20 illustré sur la comporte des spires alignées le long de l’axe longitudinal 4. Ces spires sont réparties en deux parties : une première partie 22 des spires (à gauche sur la ) correspond à des spires enroulées dans un premier sens et une seconde partie 24 de spires enroulées dans un sens opposé au premier sens. Des flèches sur la illustrent le sens d’enroulement des spires. Ce sens correspond au sens de circulation d’un courant (théorique, aucun courant ne circulant dans les secondaires, en utilisation) dans les spires : si le courant circule dans le sens trigonométrique dans les spires de la première partie 22, il circule dans le sens trigonométrique inverse dans les spires de la seconde partie 24. Ainsi, en partant d’un point situé au centre du capteur et en suivant la ligne des spires pour s’éloigner du centre du capteur, les spires tournent dans un premier sens sur la première partie 22 des spires, et dans le sens opposé sur la seconde partie de spires 24.
Chacun des deux bobinages illustrés sur la comporte des pistes de connexion. Ainsi, le bobinage primaire 10 présente deux pistes d’alimentation 12 tandis que le premier bobinage secondaire 20 comporte deux pistes de connexion 26 pour mesurer une tension induite dans le bobinage secondaire 20.
Chaque spire du premier bobinage secondaire 20, comporte un premier tronçon transversal 28 qui s’étend sensiblement perpendiculairement à l’axe longitudinal 4, dans un plan parallèle au plan (OXY) -correspondant au plan des figures 1 à 3- du bobinage primaire 10 et des bobinages secondaires, ainsi qu’un second tronçon transversal 30 qui est également sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal 4 (qui est parallèle ici à l’axe des X). Le premier tronçon transversal 28 correspond au tronçon transversal d’une spire, le plus proche du centre du capteur. Un tronçon transversal s’étend selon une ligne sensiblement transversale (sensiblement parallèle à l’axe des Y) qui peut être formée de plusieurs portions, par exemple d’une portion sur une face du circuit imprimé et une autre portion sur une autre face du circuit imprimé. Les tronçons transversaux (28 et 30) sont représentés rectilignes sur les figures dans le mode de réalisation préféré illustré. Toutefois ces tronçons pourraient être courbés, en S ou formés de deux segments inclinés entre eux (comme illustré par les tronçons longitudinaux décrits plus loin). On considérera par exemple qu’un tronçon est sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal si ce tronçon, ou sa tangente) forme (en tout point) un angle de 90° +/- 10° avec l’axe longitudinal 4, ou de préférence 90° +/- 5°, voire même 90° +/- 1°.
Un tronçon longitudinal 32 relie le premier tronçon transversal 28 au second tronçon transversal 30 tandis qu’un autre tronçon longitudinal 32 vient relier ledit second tronçon transversal 30 au premier tronçon transversal 30 d’une spire suivante. Dans la forme de réalisation illustrée, chaque spire est sensiblement hexagonale (l’hexagone n’est pas fermé car les spires sont décalées les unes par rapport aux autres mais la forme globale d’une spire présente six côtés). Ainsi, les tronçons longitudinaux 32 se présentent chacun sous la forme de deux tronçons formant entre eux un angle obtus, presque plat (par exemple compris entre 135 et 170°). D’autres formes (courbes, en S ou autres) peuvent ici aussi être envisagées.
Un premier tronçon transversal 28 respectif se trouve au centre du capteur de position, pour la première partie 22 de spires et pour la seconde partie 24 de spires. En vue de dessus, ces deux premiers tronçons transversaux 28 se superposent car ils sont réalisés sur les deux faces de la carte de circuit imprimé. On remarque ici que la première partie 22 de spires est symétrique en vue de dessus à la seconde partie 24 de spires par rapport au plan contenant ces premiers tronçons transversaux 28. Cette superposition est une caractéristique avantageuse non essentielle. Elle facilite la réalisation des bobinages et permet d’optimiser le prix de revient du capteur.
Les tronçons transversaux sont répartis le long de l’axe longitudinal 4 mais de façon irrégulière. Au moins certains premiers tronçons transversaux 28 sont concentrés dans une zone au centre du capteur tandis que les autres tronçons transversaux sont disposés le long de l’axe longitudinal 4 en étant plus espacés les uns des autres. Ainsi la surface des spires est croissante quand on s’éloigne du centre du capteur. On peut déterminer une densité moyenne DM de tronçons transversaux correspondant au nombre de tronçons transversaux (premiers et seconds) divisé par la longueur totale des bobinages secondaires selon l’axe longitudinal 4. On remarque qu’au centre la densité de tronçons transversaux (nombre des tronçons transversaux divisé par la longueur de zone considérée) est supérieure à la densité de tronçons transversaux aux extrémités du capteur. On peut considérer que la densité des tronçons transversaux dans une zone au centre du capteur est par exemple supérieure à 1,33 fois DM, de préférence supérieure à 1,5 fois DM et de préférence encore supérieure à 1,8 fois DM. De manière générale, on peut par exemple prévoir une zone centrale avec une densité de tronçons transversaux comprise entre 1,33*DM et 3*DM, de préférence entre 1,5*DM et 2,5*DM.
Dans la forme de réalisation préférée illustrée sur les figures, tous les premiers tronçons transversaux 28 sont regroupés au centre du capteur dans une zone centrale 6 ( ). Cette zone est par exemple centrée exactement sur un point médian des bobinages secondaires le long de l’axe longitudinal 4. Ces premiers tronçons transversaux 28 sont régulièrement répartis mais, alors qu’ils représentent la moitié des tronçons transversaux, ils se trouvent au centre du capteur sur une petite partie seulement de la longueur du capteur, dont la longueur est inférieure à la moitié de la longueur du capteur, par exemple moins d’un tiers de la longueur du capteur, par exemple encore environ un quart de la longueur du capteur. La longueur du capteur peut être considérée ici comme la longueur selon laquelle s’étendent les bobinages secondaires, mesurée le long de l’axe longitudinal 4. Cette longueur correspond à la longueur de course pouvant être mesurée par le capteur.
Dans la forme illustrée, il y a N premiers tronçons transversaux 28 et N seconds tronçons transversaux 30. Si L est la longueur du capteur, la densité de répartition linéaire des tronçons transversaux au centre du capteur sera alors de N/(L/4) soit 4N/L. Cette valeur correspond à 2 fois DM (DM = 2N/L).
Les autres tronçons transversaux sont répartis sur le reste de la longueur du capteur. La densité linéaire de répartition des tronçons transversaux en dehors de la zone centrale 6 du capteur sera alors, dans cet exemple, de N/(3L/4) c’est-à-dire 4N/3L. Cette densité de répartition est donc trois fois moindre que dans la partie centrale du capteur. On remarque sur la notamment que les seconds tronçons transversaux 30 sont sensiblement répartis régulièrement de part et d’autre de la zone centrale 6 du capteur comprenant les premiers tronçons transversaux 28. Dans des variantes, la densité linéaire de répartition des tronçons transversaux peut être plus de trois fois plus élevée dans la zone centrale 6 du capteur qu’en dehors de cette zone (dans les limites de ce qui est technologiquement faisable en termes de densité sur le circuit imprimé).
La illustre en vue de dessus le deuxième bobinage secondaire 40. Ce deuxième bobinage comporte des spires alignées le long de l’axe longitudinal 4. Ces spires sont réparties en trois ensembles de spires, un premier ensemble 42 central de spires, un deuxième ensemble 44 latéral de spires et un troisième ensemble 46 latéral de spires. Le premier ensemble 42 de spires est sensiblement symétrique par rapport à un plan parallèle à l’axe longitudinal 4, et le deuxième ensemble 44 et le troisième ensemble 46 sont sensiblement symétriques par rapport à ce même plan (à quelques détails près à chaque fois pour ces deux symétries). En outre, les premier, deuxième et troisième ensembles 42, 44, 46 sont sensiblement symétriques, selon une symétrie planaire relativement à un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal 4 et passant par le centre du capteur.
On retrouve ici aussi, pour chaque spire du deuxième bobinage secondaire 40, des spires avec deux tronçons transversaux 48 et des tronçons latéraux 50. De même que pour le premier bobinage secondaire 20, la forme préférée des spires correspond à un hexagone (ouvert du fait d’un décalage entre les spires). Pour ces deux bobinages secondaires, on peut par exemple prévoir que le projeté orthogonal d’une spire considérée dans un plan parallèle au plan OXY du capteur (correspondant aux faces du circuit imprimé) est inscrit à l’intérieur d’un hexagone -non régulier- avec un taux de recouvrement supérieur ou égal à 90% entre ledit projeté et l’hexagone.
Les trois ensembles de spires sont formés par un seul fil dont les deux extrémités sont constituées par deux pistes de connexion 52 destinées à être reliées à des moyens permettant de mesurer une tension induite dans le deuxième bobinage secondaire 40.
2 analyseur de gaz à laser
10 unité d’émission de la lumière
11 unité de production d’une lumière modulée
12 élément laser
13 lentille de collimation
14 plaque de fenêtre de l’unité d’émission de la lumière
15 boîtier de l’unité d’émission de la lumière
20 unité de réception de lumière
21 unité de traitement d’un signal de réception de la lumière
22 élément de réception de la lumière
23 lentille formant condenseur
24 plaque de fenêtre de l’unité de réception de la lumière
25 boîtier de l’unité de réception de la lumière
30 lumière laser
40 ligne de communication
50a, 50b paroi
L’unité 113 de fixation du courant balayé en longueur d’onde et modulé peut produire un signal de modulation de la lumière pour une analyse de gaz et un signal de modulation de la lumière pour une communication. Le signal de modulation de la lumière pour une communication est, par exemple, un signal de synchronisation pour aligner des phases, lorsque l’on effectue une détection synchrone. Le signal de synchronisation peut être un signal de modulation d’intensité, comme une impulsion, par exemple, et peut faire que l’unité 11 de production d’un signal modulé et l’unité 21 de traitement d’un signal de réception de la lumière peuvent se synchroniser l’une avec l’autre au temps d’horloge auquel une impulsion est reçue.
Lorsque la concentration du gaz est détectée par la détection synchrone, si un temps de début de la mesure n’est pas synchronisé entre l’unité 11 de production d’une lumière modulée et l’unité 21 de traitement d’un signal de réception de la lumière, un déphasage est produit dans la forme d’onde détectée. Compte tenu de ce qui précède, dans le présent mode de réalisation, une communication entre l’unité 11 de production d’une lumière modulée et l’unité 21 de traitement de signal de réception de la lumière est effectuée en superposant un signal de synchronisation à la lumière laser pour aligner des phases, au lieu d’utiliser la ligne 40 classique de communication. Par une configuration de ce genre, il est possible de synchroniser le temps de début de la mesure entre l’unité 11 de production d’une lumière modulée et l’unité 21 de traitement d’un signal de réception de la lumière, et ainsi on peut supprimer l’apparition d’un déphasage.
La est un schéma de la forme d’onde d’un courant de commande produit par l’unité 113 de fixation du courant balayé en longueur d’onde et modulé. Un signal ID de synchronisation / de mesure, sous la forme d’un signal (I) de modulation de la lumière pour une communication, est fourni avant chaque signal (II) de modulation de la lumière pour une analyse de gaz. Le signal (II) de modulation de la lumière est un signal de mesure de la lumière, qui balaye une longueur d’onde dans une bande de longueurs d’onde, qui comprend la longueur d’onde d’absorption de la lumière du spectre de raie d’absorption du gaz à mesurer.
Un signal (III) de modulation de la lumière, représenté à la , est différent du signal (I) de modulation de la lumière et est une information sur l’unité 10 d’émission de la lumière, l’information étant requise par l’unité 20 de réception de la lumière. Bien que ce ne soit pas une limitation, le signal (III) de modulation de la lumière peut être une information sur un changement de caractéristiques, telle qu’une information sur la température de l’élément 12 laser, une information de détérioration, une information sur le gaz à mesurer, par exemple.
L’unité 113 de fixation du courant balayé en longueur d’onde et modulé, représentée à la , peut produire un signal de modulation de la lumière sous la forme d’un signal numérique. Le signal de modulation de la lumière est transformé de numérique en analogique par le convertisseur 114 de numérique en analogique, et est transmis à l’élément 12 laser. Dans le présent mode de réalisation, les signaux (I), (III) de modulation de la lumière pour une communication et le signal (II) de modulation de la lumière pour une analyse de gaz sont superposés sur la ligne 30 laser.
Dans l’unité 20 de réception de la lumière, le circuit 123 de mesure d’une absorption par du gaz obtient un signal de modulation de la lumière pour une analyse de gaz, et un signal de modulation de la lumière pour une communication à partir du signal de détection sorti par l’élément 22 de réception de la lumière pour synchroniser un temps de début de la mesure dans la détection synchrone. Par une configuration de ce genre, il est possible de corriger le déphasage de la forme d’onde de détection synchrone dans le circuit de mesure d’absorption par un gaz, et ainsi on peut détecter la concentration du gaz avec une grande précision. En outre, on effectue une synchronisation par le signal (I) de modulation de la lumière pour chaque mesure de gaz, et ensuite on détecte la concentration du gaz par le signal (II) de modulation de la lumière, et ainsi on peut détecter la concentration du gaz sans produire un déphasage pour chaque mesure. Une configuration de ce genre est donc préférée.
Lorsqu’un signal ID de synchronisation / mesure produit par l’unité 113 de fixation du courant balayé en longueur d’onde et modulé est donné sous la forme d’une simple impulsion unique, il y a une possibilité de ne pas obtenir le cadençage correct, dans le cas où la lumière 30 laser est interrompue par de la poussière ou analogue. Compte de tenu de ce qui précède, on détermine une pluralité de configurations d’impulsion à l’avance et on utilise un signal pour la mesure, seulement si l’unité 10 d’émission de la lumière et l’unité 20 de réception de la lumière peuvent recevoir correctement une configuration de ce genre. Par une configuration de ce genre, il est possible de mesurer la concentration d’une manière stable.
Pour la configuration d’impulsion, on peut utiliser exactement la même configuration d’impulsion. Toutefois, un cas de ce genre repose sur une prémisse, que l’on effectue la mesure en continu dans les mêmes conditions. Dans le cas où l’on mesure une pluralité de constituants gazeux, tel que le cas dans lequel un constituant gazeux à mesurer est modifié, pour permettre à l’unité 20 de réception de lumière d’identifier le constituant gazeux, qui est à mesurer, on fixe des configurations d’impulsion, de manière à ce que la configuration d’impulsion suivante puisse être prédite sur la base de la configuration d’impulsion reçue par l’unité 20 de réception de la lumière, à partir de l’unité 10 d’émission de la lumière. Une configuration de ce genre permet d’effectuer une mesure dans plusieurs conditions. L’unité 124 de correction arithmétique de la concentration de gaz reçoit notification par l’unité 126 de commande, que l’unité 124 de correction arithmétique de la concentration de gaz doit calculer la concentration du constituant en question.
C’est ainsi, par exemple, que lorsque l’on prévoit deux configurations de 10001 et 10101, comme configurations d’impulsion, on peut effectuer la mesure dans deux conditions. En adoptant des nombres séquentiels, tels que 10001, 10010 et 10011, il est possible de prédire une configuration d’impulsion suivante.
La représente un exemple, dans lequel on effectue une communication avec une configuration d’impulsion, c’est-à-dire que l’on effectue une communication par une modulation d’intensité. Mais, il est possible d’utiliser un système de communication optique général, qui utilise un laser unique. Il est aussi possible d’utiliser une communication binaire, telle qu’Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying (SFK) ou Phase Shift Keying (PSK) ou d’utiliser des traitements à valeurs multiples (QASQ, QPSK ou analogue), qui utilise une amplitude ou analogue. Dans un cas de ce genre, le démodulateur / décodeur 12, représenté à la , provoque une correspondance du signal. En variante, en introduisant le mécanisme d’une détection optique hétérodyne à l’unité 20 de réception de la lumière, il est possible de provoquer une correspondance de signal.