INFORMATIQUE, MECANIQUE ET MATHEMATIQUES

Cet axe de recherche regroupe trois thèmes : l’informatique, la mécatronique et les mathématiques. Les sujets de recherche s’articulent autour des problématiques en lien avec les systèmes complexes, la science des données dans des environnements distribués ainsi que les mathématiques appliquées.

Les systèmes complexes actuels (industriels, transport, production, ) comportent multiples interactions entre un grand nombre de systèmes mécatroniques, intégrant des composants informatiques, mécaniques, électroniques et électriques, constituant des Systèmes de Systèmes (SoS) ou des Systèmes Cyber-Physique (CPS). Les problématiques scientifiques concernent les processus, les méthodologies ainsi que les langages et outils de modélisation et de simulation des systèmes mécatroniques et multi-physiques.

D’un autre côté, la science des données s’appuie sur des techniques et des théories empruntées de nombreux domaines, nous citons : la statistique, l’apprentissage automatique (Machine Learning), la visualisation, l’optimisation, la gestion des contraintes, les modèles incertains, l’ingénierie des connaissances ainsi que le calcul haute performance.  Le phénomène actuel des données massives (Big Data) motive la création d’algorithmes efficaces et performants qui traitent la problématique de la volumétrie et l’hétérogénéité et qui fonctionnent dans un environnement distribué (Cloud computing). La prise en compte des connaissances sémantiques en cours de l’analyse des données est un sujet d’actualité. Un exemple de domaine de recherche est l’analyse des réseaux sociaux : des travaux sur les algorithmes parallèles pour l’analyse et la fouille des grands graphes ainsi que pour la visualisation sont actuellement en cours.

Les mathématiques appliquées pour la physique, la statistique, la finance et la gestion des systèmes complexes constituent le troisième thème. Les techniques utilisées sont l’EDP NL, les représentations NL des groupes, la modalisation et le contrôle optimal stochastique, la théorie quantique des champs et dynamiques asymptotiques, le « Design and Analysis of Computer Experiments » ainsi que l’algèbre tropicale.

En savoir plus

  • placeInformatique

    L’analyse, la modélisation et la simulation des systèmes dynamiques représentent des approches déterminantes dans les phases de conception et d’optimisation d’un système, d’un mécanisme, d’une structure ou d’un matériau. Le thème VAST (Vibrations, Acoustique & Structures) développe des méthodologies destinées à fiabiliser la prédiction des comportements dynamiques : vibrations, chocs et bruit. Les problématiques traitées dans le thème VAST portent sur la dynamique et la surveillance et le diagnostic des systèmes, structures et matériaux et plus particulièrement sur les comportements dissipatifs (amortissements). Les travaux historiques et récurrents concernent la viscoélasticité, la dynamique du contact, et les matériaux structurés (composites, poroélastiques...).

  • filter_dramaIngénierie des Systèmes Mécatroniques et Multi-physiques

    De nombreux grands systèmes complexes actuels (industriels, production, transport, etc.) sont devenus des réseaux aux multiples interactions entre un grand nombre de systèmes mécatroniques, intégrant des composants informatiques, mécaniques, électroniques et électriques, mis en œuvre afin d’atteindre les objectifs fixés par des cahiers des charges exigeants en termes de performances améliorées, de fonctionnalités innovantes, de maîtrise des coûts de production et d’exploitation, de recyclabilité, de disponibilité, de maintenabilité, de fiabilité, de sûreté de fonctionnement et de sécurité face aux menaces. Ce sont par exemple des Systèmes de Systèmes (SoS) ou des Systèmes Cyber-Physique (CPS), pouvant s’appuyer sur les ressources de l’Internet des Objets (IoT) et le Cloud, et intégrant de plus en plus de composants mécatroniques.

    Ces derniers ne sont donc plus seulement des effecteurs mécaniques avec des actionneurs électromécaniques, ils accueillent désormais des composants électroniques gérés par des composants logiciels, afin d’implémenter une stratégie de contrôle-commande leurs permettant d’agir sur leur environnement conformément à un jeu de consignes et de stimuli externes. Alors que les composants électroniques ne semblent pas relever de la mécanique, leur mise en œuvre dans des systèmes mécatroniques fortement intégrés fait qu’ils sont soumis à des contraintes multi-physiques pouvant dégrader leurs performances et nuire à leur intégrité, telles que la thermique, la CEM ou les vibrations. De même, la mécanique du système doit offrir un accueil confortable aux composants fragiles ou sensibles tels que des microcontrôleurs qui abritent une informatique au comportement vital pour la bonne exécution des fonctions du système et ce de manière sûre.

    Le thème de recherche IS2M du laboratoire QUARTZ adresse principalement les problématiques scientifiques, en synergie avec les besoins industriels identifiés, liées à la conception des systèmes mécatroniques, qu’ils soient systèmes isolés ou composants de systèmes complexes de type SoS ou CPS. Ainsi, les processus, méthodologies, langages et outils de modélisation et de simulation des systèmes mécatroniques et multi-physiques sont traités sous les angles suivants :

    • L’ingénierie Système basée sur les modèles (MBSE, Model-Based Systems Engineering) pour garantir la complétude et la cohérence des exigences et afin de permettre un choix d’architectures du système (trade-offs) répondant de manière traçable aux exigences ainsi que le prédimensionnement des composants ;
    • La modélisation et la simulation des interactions multi-physiques, qu’elles soient de natures thermiques, électromagnétiques ou vibratoires ;
    • L’analyse de sûreté de fonctionnement basée sur les modèles (MBSA, Model-Based Safety Analysis), couplée avec le MBSE, traitée par les FMEA, FTA et le model- checking ;
    • Le prototypage virtuel des systèmes de contrôle industriels ;

    En vue de mieux intégrer ces différents aspects afin de garantir et préserver leurs cohérences, les points suivants sont approfondis :

    • Les ontologies et la méta-modélisation afin d’harmoniser les sémantiques et syntaxes des différents domaines scientifiques et techniques impliqués en conception mécatronique ;
    • La modélisation topologique, par exemple avec le langage MGS, pour une meilleure modélisation des architectures complexes et évoluant dynamiquement ;
    • La théorie des catégories mathématiques ;
    • Les transformations de modèles, par exemples en (et entre) MBSE, MBSA et modélisation multi-physique ;
    • Les systèmes multi-agents, pour la coordination et la communication entre tâches exécutées par les systèmes, mais également entre tâches de conception et d’exploitation de ces mêmes systèmes ;
    • La prise en compte des incertitudes et des tolérances multi-physiques et géométriques pour l’évaluation de la robustesse du design et la détection des défauts en fonctionnement (FDIR, Fault Detection Isolation and Recovery) ;
    • Les métriques permettant d’évaluer aussi bien un processus de conception que les architectures d’un système et les solutions technologiques ;

    Les langages et outils régulièrement utilisés par IS2M sont Modelica (Dymola, Open Modelica), SysML (PTC Integrity Modeler), MGS, ModelCenter, Matlab, Catia V6, ANSYS, etc.

    Les principaux partenaires académiques d’IS2M sont SystemX (IRT, Saclay), LCM (Linz, Autriche), MING Lab et Global Alliance Lab (UEC Tokyo, Japon), COGITO-IDEAS (Naples, Italie), LA2MP (Sfax, Tunisie) et LMS (Sousse, Tunisie), Roberval (UTC, Compiègne).

    Les principaux partenaires industriels d’IS2M sont VALEO, PSA, RENAULT, AIRBUS, Dassault Systèmes, DPS et EIRIS.

    Les membres d’IS2M sont fortement impliqués dans les pôles de compétitivité ASTech, Mov’eo, System@tic et Cosmetic Valley. IS2M a été fortement impliqué dans le projet FUI O2M (Outils de Modélisation Mécatronique) et est un acteur important du projet FUI MIMe (Module d’Intégration et de Simulation Mécatronique). IS2M a initié le montage de deux projets européens, SMOCY (CPS) et EMANATE (Manufacturing) et participe actuellement au montage de nouveaux projets H2020.

  • whatshotMathématiques Appliquées

    Les travaux portent sur divers aspects des mathématiques en Finance (modélisation stochastique, EDP NL contrôle optimal stochastique), Physique (EDP NL et représentations NL des groupes, théorie quantique des champs et dynamiques asymptotiques), Statistique (DACE, i.e. Design and Analysis of Computer Experiments) et Algèbres tropicales dédiées à la gestion de systèmes complexes (certaines études de l'intégrale d'Itô)