Méthodes et outils pour le calcul fiabiliste

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1 solutions for robust engineering Méthodes et outils pour le calcul fiabiliste Journée de la conception robuste et fiable 10 Avril 2015 T. Yalamas PP-01-G

2 Sommaire Phimeca Méthodes : quelques rappels Librairies «scientifiques» Plateformes d aides à la conception Logiciels fiabilistes Questions 2

3 PHIMECA Solutions for Robust Engineering Carte d identité Création en 2001 Société Anonyme Indépendante au capital de Présence à Clermont, Paris et sur le site ITER (Cadarache) Siège social PHIMECA Quelques chiffres CA : 1,5 M R&D : ~ 15% du CA Effectif : 20 personnes dont 18 ingénieurs et docteurs 3

4 PHIMECA Solutions for Robust Engineering Ingénierie des incertitudes Calcul de structure et simulation numérique Formations scientifiques PhimecaSoft 4

5 PHIMECA Solutions for Robust Engineering 5

6 Sommaire Phimeca Méthodes : quelques rappels Librairies «scientifiques» Plateformes d aides à la conception Logiciels fiabilistes Questions 6

7 Les méthodes «probabilistes» Pour l analyse de sensibilité Monte Carlo (analyse de distribution, corrélations, sensibilités) Cumul quadratique, Taylor Pour l analyse de fiabilité Simulations : Monte Carlo, Simulations directionnelles, Simulations conditionnelles, Subset Simulations FORM / SORM, tirages d importances Méthodes avancées (combinaison méta-modèles + autres) : 2SMART, Méta-IS, AK-IS, 7

8 Les méthodes «probabilistes» Autres Calibration/inversion probabiliste (bayesien) Fiabilité dépendante du temps / de l espace 8

9 Plusieurs «familles» d outils On peut distinguer plusieurs familles d outils Des librairies scientifiques : tournées vers la formulation mathématique des problèmes, ces librairies couvrent des pans plus ou moins larges de la démarche incertitudes et de l analyse de fiabilité. Des plateformes d aide à la conception : souvent initialement dédiées à la mise en place de «workflow» de modélisation pour l optimisation, ces plateformes généralistes intègrent maintenant le plus souvent des modules «conception robuste» Des logiciels de fiabilité : logiciels spécifiquement développés pour la mise en œuvre d analyse de fiabilité numérique 9

10 Sommaire Phimeca Méthodes : quelques rappels Librairies «scientifiques» Plateformes d aides à la conception Logiciels fiabilistes Questions 10

11 Librairies Scientifiques Matlab Matlab contient par défauts les fonctions statistiques de base et des générateurs de nombres aléatoires. Il existe en complément des modules spécifiques et en particulier : FERUM (Finite Element Reliability Using Matlab) : développement initié à l université de Berkeley et désormais repris à l IFMA FERUM contient l essentiel des méthodes de fiabilités développées au cours des dernières années. Toolbox Statistiques (analyse de données, régression, classification, ANOVA) opencossan : développé à l université de Liverpool FERUM est disponible librement sur Internet (mais nécessite une licence Matlab) 11

12 Librairies Scientifiques Python Nombreuses librairies disponibles: Scikitlearn, Pandas, OpenTURNS - En parallèle du développement de la «méthodologie incertitudes», un consortium composé de EADS IW, EDF R&D et Phimeca a décidé de développer la plateforme libre OpenTURNS Fonctionnalités statistiques standard Modèle probabiliste rigoureux Méthodes de propagation pour l analyse de sensibilités ou pour la fiabilité Surfaces de réponses : chaos polynomial (creux), krigeage, SVM Librairie C++ avec une interface utilisateur en python 12 OpenTURNS est disponible librement sur Internet (ainsi que toutes les sources)

13 Librairies Scientifiques Optimisation et fiabilité Design Analysis Kit for Optimization and Terascale Applications Logiciel développé par le Sandia National Laboratory (Etats Unis), qui propose: De nombreuses méthodes d optimisation Quelques méthodes de propagation d incertitudes (MC, FORM/SORM) Analyses de variance/sensibilités DAKOTA est partiellement disponible sur Internet (de nombreux modules sont payants) 13

14 Librairies Scientifiques Pour les statistiques Outils spécialisés dans l analyse de données. Les plus connus sont : Logiciel libre R - : projet très dynamique avec de nombreuses contributions de la communauté des utilisateurs. Toutes les méthodes «standards» sont disponibles par défaut. Pour des méthodes avancées il est possible de charger des modules complémentaires ou d en développer (langage R). Logiciel commercial SAS : logiciel commercial pour le traitement statistique de données (tests d adéquation, analyse en composantes principales, ) 14

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16 Plateformes d aide à la conception Optimus - optislang modefrontier - Plateformes «d intégration» développées pour permettre la mise en œuvre facile de workflow de calculs pour l optimisation Contiennent des techniques de construction de surfaces de réponses, des algorithmes d optimisation, des outils d analyse de sensibilité Optimus et Optislang disposent également des méthodes «basiques» pour l analyse de fiabilité : Monte Carlo, Form/Sorm 16

17 Sommaire Phimeca Méthodes : quelques rappels Librairies «scientifiques» Plateformes d aides à la conception Logiciels fiabilistes Questions 17

18 PhimecaSoft 18

19 PhimecaSoft - Contenu Exploration du domaine de conception: plan d expériences et analyse de sensibilité déterministe Construction du modèle probabiliste: traitement statistique de données ou définition de lois par l utilisateur Analyse de sensibilités/distributions: Monte Carlo, Taylor Surfaces de réponses: Chaos polynomial, SVM, krigeage Analyse de fiabilité: Simulations: MonteCarlo, Simulations directionnelles, Tirages conditionnels, Subset Simulations Approximations: Form, Sorm, Tirages d importance Avancées: 2SMART (Subset + SVM) Basé la librairie OpenTURNS 19

20 PhimecaSoft - Usages Usage non intrusif: la physique reste dans le code de calcul métier Couplages simples (fichiers) avec des codes/outils de natures variées: Matlab, Simulink, Scilab, Code_Aster, Abaqus, Ansys, Nastran, exe fortran, python, Des intégrations à certains environnements sont à l étude (Optimus, Ansys DX ) Usage industriel: location de licence (10 k /an) Usage recherche (laboratoire): location de licence (5 k /an) Usage enseignement: prix coûtant (système de protection), qq centaines d euros Pour tous: support à l utilisation et mise à jour régulière L objectif est de permettre à l utilisateur de se concentrer sur le choix des méthodes et l analyse des résultats et non sur la mise en œuvre des méthodes 20

21 Autres logiciels fiabilistes COSSAN-X: logiciel commercial en lien avec OpenCOSSAN NESSUS: Initialement développé principalement pour la NASA, logiciel commercial avec des fonctionnalités très proches de celles de PhimecaSoft PROBAN: Commercialisé par le DNV STRUREL: logiciel commercialisé par l université de Munich 21

22 Sommaire Phimeca Méthodes : quelques rappels Librairies «scientifiques» Plateformes d aides à la conception Logiciels fiabilistes Questions 22