Dans le domaine de la conception des Systèmes Mécatronique ou à dominante logicielle, le Model Based System Engineering (MBSE) s’impose, de plus en plus, comme une méthode incontournable, pour résoudre la variété de défis rencontrés par les ingénieurs. En permettant une modélisation détaillée et une analyse holistique du système à concevoir, le MBSE offre des réponses concrètes à des problèmes autrefois extrêmement complexes à résoudre.
Une définition du MBSE (Model Based system engineering)
Le MBSE est une approche méthodologique utilisée dans le développement de systèmes complexes, où la spécification, la conception, l’analyse, la vérification et la validation du système sont réalisées principalement à l’aide de modèles (informatiques, numériques), et ceci tout au long du cycle de développement. Contrairement aux méthodes traditionnelles, qui se concentrent sur la documentation textuelle, le MBSE repose sur la création de modèles représentant les différents aspects du système, tels que les exigences, les fonctions, la structure, les comportements ou les contraintes.
Des modèles ? Pour quoi faire ?
Les modèles créés suivant l’approche MBSE, permettent une représentation graphique et structurée des informations relatives au système, favorisant ainsi une compréhension claire et cohérente de ses différentes composantes. Ces modèles peuvent être créés à l’aide de langages de modélisation standardisés tels que SysML (Systems Modeling Language) dédié à la conception Système ou l’UML (Unified Modeling Language), ce dernier étant plus approprié pour la conception logicielle.
Quels sont les principaux avantages du MBSE ?
L’avantage principal du MBSE réside dans sa capacité à faciliter la communication entre les parties prenantes du projet, en fournissant des représentations visuelles du système, d’en explorer et de valider sa structure, son comportement et ses interactions, avant toute réalisation physique. De surcroit, le MBSE favorise une approche itérative du processus de développement, permettant une meilleure gestion des changements et des évolutions du système au fil du temps. L’identification et la résolution des problèmes, en est grandement facilité (i.e. : problèmes découverts très tôt et corrigés dès les premières phases du processus de développement) réduisant ainsi les risques et les coûts.
MBSE : une approche et des processus 100% agiles
Dans les faits, le MBSE est une approche de développement de systèmes qui repose sur la création et l’utilisation de modèles (informatiques) pour spécifier, concevoir et analyser les systèmes complexes. Cette méthode favorise la collaboration, la cohérence et la gestion efficace des changements, tout au long du cycle de vie du système. Elle apporte également des réponses concrètes, dans de nombreux cas de figure, et ceci à toutes les étapes du processus de développement.
Examinons 3 cas où le MBSE s’impose comme une méthode incontournable pour accélérer la mise sur le marché de produits, ou d’infrastructures et fiabiliser l’intégration de systèmes hétérogènes.
Cas 1 : Gérer la complexité, pour dépasser les limites, grâce à l’approche MBSE
Le MBSE repose sur une approche structurée afin de modéliser, d’analyser (notamment les comportements émergents), d’appréhender la complexité inhérente des systèmes et de comprendre et de maîtriser le risque d’erreur tout au long du cycle de vie du projet.
En utilisant des modèles, qui capturent toutes les interrelations et interactions entre les composants, les ingénieurs peuvent analyser les impacts de chaque changement sur l’ensemble du système, tout en veillant au respect et à la traçabilité des exigences. Cela permet une prise de décision plus éclairée et une gestion efficace de la complexité tout au long du cycle de vie du système, tout en fluidifiant la collaboration et les échanges avec les membres de l’équipe, facilitant ainsi la gestion des modifications ou des évolutions.
L’un des exemples les plus emblématiques de gestion de la complexité date des années 60 et remonte au programme spatial Apollo. Même si le MBSE n’a pas été directement utilisé dans le cadre de la mission Apollo (ce concept ayant été formalisé bien après les années 1960 et 1970), l’approche conceptuelle que représente le MBSE, peut être vue comme une évolution des techniques d’ingénierie utilisées pendant le programme Apollo. En effet, pour atteindre l’objectif fou d’envoyer des humains sur la surface lunaire, et surtout de les ramener sur Terre en toute sécurité, la NASA, pour y parvenir, a dû utiliser des méthodologies rigoureuses pour l’analyse, la conception, les tests et l’intégration de chaque composant, des fusées aux modules lunaires en passant par les combinaisons spatiales.
En conclusion, Apollo a servi de catalyseur pour systématiser et formaliser ces pratiques, visant à coordonner efficacement différentes disciplines d’ingénierie, pour réaliser des projets complexes, en une discipline à part entière, l’Ingénierie Système. Cette nouvelle pratique popularisée par la mission spatiale, a permis d’anticiper et de résoudre de nombreux défis techniques, contribuant ainsi au succès historique du programme Apollo et de bien d’autres par la suite dans le spatial ou ailleurs.
En outre, il est important de mentionner que l’INCOSE (International Council on Systems Engineering) a déclaré que l’Ingénierie Système basée sur les modèles (i.e. : le MBSE) est l’Ingénierie Système du Futur.
Pour comprendre, comment le MBSE a révolutionné les missions d’Astrophysique, nous pouvons citer un exemple plus contemporain, et mentionner le télescope spatial James Webb (JWST). La conception complexe du télescope, avec ses multiples instruments scientifiques et mécanismes de déploiement, nécessitait une approche systématique pour garantir son succès. Le MBSE a permis aux ingénieurs de modéliser l’architecture du télescope, les interfaces des sous-systèmes et les exigences de performance, facilitant ainsi l’intégration et les tests des différents composants. Cette approche a permis d’identifier rapidement les problèmes potentiels et de les résoudre, ce qui a permis d’obtenir un télescope plus robuste et plus fiable.
Alors que la décennie à venir devrait voir à nouveau un être humain fouler la surface de la Lune, le MBSE est plus que jamais d’actualité !
Cas 2 : Optimiser la communication et la collaboration entre les ingénieurs MBSE
Rien de plus collaboratif que les projets d’ingénierie. Parce que les membres des équipes et parties prenantes sont souvent pluridisciplinaires, la communication, le partage de données et la collaboration sont essentielles. Dans les entreprises, le MBSE fournit une plateforme commune où toutes les parties peuvent travailler ensemble en utilisant un langage visuel commun, ouvrant la voie à une meilleure gestion des modifications. Les modèles MBSE servent ainsi de point de référence permettant aux équipes de comprendre rapidement et précisément les exigences, les spécifications et les contraintes spécifiques d’un système. L’Airbus A380, dont le premier vol remonte à 2005, est l’illustration parfaite de cette approche d’innovation collective qui s’incarne dans le MBSE. Parce qu’il a été l’un des avions de ligne les plus vastes et les plus complexes jamais construits, que la traçabilité des exigences était un enjeu central, il a fallu toute la puissance collaborative du MBSE pour relever le défi de la conception de ce géant des airs. Avec des équipes dispersées dans le monde entier travaillant sur différents aspects de la conception et de la fabrication, les outils de modélisation basés sur des systèmes a permis une coordination efficace. Les modèles MBSE ont fourni une référence commune pour comprendre les exigences du client, les spécifications techniques et les contraintes de conception, aidant ainsi à garantir que tous les intervenants travaillaient vers un objectif commun.
Aux yeux des experts de Dassault Systèmes, l’approche MBSE est massivement utilisée dans le secteur aéronautique et dans l’industrie du New Space pour lesquels, elle contribue à accélérer l’innovation, comme l’a démontré la dernière édition du Salon du Bourget.
Cas 3 : Gérer les changements et maîtriser des risques à l’aides des méthodologies MBSE
Dans les entreprises, les projets d’ingénierie sont rarement statiques, et les changements inattendus peuvent survenir à tout moment, entraînant des risques potentiels pour le succès du projet. La gestion des modifications sur l’ensemble du cycle de vie d’un projet constitue souvent un enjeu central. Pour les entreprises porteuses de projets, le MBSE offre une méthode robuste pour gérer les changements et atténuer les risques susceptibles d’émerger à tout moment. En modélisant le système dans son ensemble, les ingénieurs et l’ensemble des membres de l’équipe peuvent évaluer l’impact des changements proposés avant de les mettre en œuvre. Les outils de modélisation permettent d’anticiper les conséquences potentielles et de prendre des mesures préventives pour minimiser les risques. De plus, en mettant à jour les modèles en temps réel pour refléter les changements apportés au système, le MBSE assure une traçabilité des exigences complète, permettant une gestion efficace des configurations et une prise de décision éclairée tout au long du projet. Même s’il est souvent critiqué, voire décrié, le projet de réacteur nucléaire EPR (Evolutionary Power Reactor), aurait pu connaître des déboires bien pires et des retards encore plus importants sans le MBSE. Il offre un exemple pertinent de la gestion des changements et des risques. La conception et la construction d’un réacteur nucléaire sont des processus complexes et longs, exposés à de nombreux risques techniques, réglementaires et financiers. Dans ce contexte, l’utilisation du MBSE a été cruciale pour anticiper et atténuer les risques d’erreurs potentiels. Les modèles MBSE ont permis de simuler divers scénarios et de comprendre les impacts de chaque modification de conception sur l’ensemble du système. Par exemple, lorsqu’un changement de conception a été proposé pour améliorer l’efficacité énergétique ou la sécurité du réacteur, les ingénieurs ont pu évaluer rapidement son impact sur les performances globales, ainsi que sur les coûts et les délais de construction.
Les prérequis pour se lancer dans une approche MBSE constructive
L’ingénierie système basée sur les modèles exige une compréhension solide des fondamentaux de l’ingénierie et des systèmes complexes. Une connaissance approfondie des méthodes d’ingénierie et des processus de développement est essentielle. Cela comprend la familiarité avec les normes telles que ISO/IEC 15288 ou la connaissance des pratiques innovantes promues par l’INCOSE. De plus, une compréhension des langages de modélisation comme SysML ou UML (pour le logiciel) est cruciale pour représenter efficacement les systèmes et leurs interactions.
Pouvoir s’appuyer sur des compétences multidisciplinaires, s’impose comme une nécessité, mais celles-ci doivent s’accompagner d’une capacité à comprendre les exigences métier et les besoins des parties prenantes. La maîtrise des outils de modélisation MBSE est également indispensable pour manipuler les modèles de manière efficace et ainsi limiter l’exposition du projet au risque d’erreurs.
Enfin, une aptitude à la pensée analytique et à la résolution de problèmes est essentielle pour interpréter les modèles, identifier les erreurs potentielles et prendre des décisions éclairées tout au long du processus d’ingénierie.
En conclusion, pour engager toute entreprise dans une approche MBSE, il est indispensable de posséder de solides bases en ingénierie multidisciplinaire, une connaissance des langages et des outils de modélisation, ainsi qu’une capacité à comprendre les besoins métier et à résoudre les problèmes de manière analytique.
MBSE : entre simulation, modélisation et PLM
Le Model Based System Engineering (MBSE) se présente comme un catalyseur-clé à disposition l’ingénierie moderne, offrant des solutions aux défis complexes rencontrés dans la conception et la gestion des systèmes. En gérant la complexité, en favorisant la communication et la collaboration, en s’appuyant sur la simulation, il crée une plateforme où les équipes dispersées peuvent converger vers des objectifs communs. Enfin, en gérant les changements et en maîtrisant les risques, le MBSE assure une gestion efficace des projets, comme en témoigne l’exemple du réacteur nucléaire EPR. Par sa capacité à aborder les défis d’innovation sur un plan holistique, collaboratif et agile, le MBSE émerge comme un outil indispensable pour laisser s’exprimer le génie humain !
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Fort d’une expérience de plus de 25 ans dans divers secteurs, Denis a occupé plusieurs rôles clés tels que développeur de logiciels, consultant, leader technique et chef d'équipe, spécialisé dans l'ingénierie des systèmes complexes et le développement de systèmes à forte dominante logicielle. Aujourd’hui, Denis Laroudie dirige une équipe d'experts dédiée à accompagner les clients de Dassault Systèmes dans l'adoption de la 3DEXPERIENCE, de l’ingénierie Système et du Model Based Systems Engineering (MBSE).