Modélisation des Interfaces Multidisciplinaires pour la Conception de Systèmes Mécatroniques

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1 20 èmes journées STP du GdR MACS Jeudi 5 et Vendredi 6 février 2015 Modélisation des Interfaces Multidisciplinaires pour la Conception de Systèmes Mécatroniques Chen Zheng, Julien Le Duigou, Matthieu Bricogne, Benoît Eynard 06/02/2015

2 Plan 2 Introduction Définition de la mécatronique Intégration multidisciplinaires Objectif des travaux Interfaces multidisciplinaires Définition de l interface Constituants des interfaces multidisciplinaires Classification des interfaces multidisciplinaires Modèle de données des interfaces multidisciplinaires Compatibilité des interfaces multidisciplinaires Cas d étude Système opto-mécatronique Démonstrateur sous CatiaV6 Conclusions

3 Introduction 3 Mécatronique: La mécatronique est la combinaison synergique et systémique de la mécanique, de l'électronique/électrique, du logiciel et du contrôle [Carryer et al, 2011]. Intégration multidisciplinaire: L intégration multidisciplinaire concerne l intégration des activités d ingénierie liées aux différentes phases d élaboration du produit et l intégration des expertises en provenance des différents disciplines impliquées lors de la conception [Ettlie, 1997]. Objectif des travaux: Faciliter l intégration des différentes expertises métiers en provenance des différents disciplines afin de réaliser une intégration multidisciplinaire.

4 Interfaces Multidisciplinaires 4 Définition de l interface: Génie logiciel: une interface est une partie entre les modules qui peuvent exécuter certaines fonctions dans un programme au cours du processus de conception du logiciel [Thayer and Royce, 1985; Hoffman, 1990; Perry, 1990]. Définition dans le contexte du système mécatronique: une interface est une relation physique ou logique qui intègre les systèmes ou le système et son environnement [Liang and Paredis, 2004].

5 Interfaces Multidisciplinaires 5 Objectifs de modélisation des interfaces multidisciplinaires Eviter aux ingénieurs les mauvaises utilisations des interfaces [Bettig, 2010] Tracer la collaboration et fournir une meilleure organisation pendant le processus de conception [Zheng et al, 2014] Garantir une intégration entre les éléments du système [Rahmani, 2012] Réaliser l intégration multidisciplinaire

6 Interfaces Multidisciplinaires 6 Constituants de l interface Trois éléments : Composant, Environnement, Interface E Système mécatronique I1 C2 I2 C1 Port: un port est une place où deux éléments interagissent l un avec l autre [Liang and Paredis, 2004]. Les éléments (le composant, l environnement et l interface) peuvent posséder plusieurs ports, mais l interface ne peut lier que deux ports.

7 Interfaces Multidisciplinaires 7 Attributs du port: Direction: la direction représente la façon dont l'information est transférée dans ce port (in, out ou in/out). Visibilité: la visibilité est utilisée pour décrire comment le port peut être consulté (publique, privé ou protégé). Publique: le paramètre liés à un port public est accessible directement par tous ingénieurs de toutes disciplines au cours du processus de conception. Protégé: un port protégé n est accessible que par les créateurs et les ingénieurs autorisés des autres disciplines. Protégé: le port protégé n est accessible que par ceux qui le conçoivent.

8 Interfaces Multidisciplinaires 8 Classification de l interface Type: Quel type d information est transférée par cette interface? (Geometric interface, energy interface, control interface and data interface.) Configuration: Quels éléments (component/interface/environnement) sont liées par cette interface? (1) CP1 CP2 Component 1 Interface Component 2 (2) Environment1 EP1 Interface CP2 Component 2 (3) Component 1 CP1 Interface IP1 Interface 1 (4) Interface 1 IP1 Interface IP2 Interface 2 (5) Environment1 EP1 IP2 CP: Component Port IP: Interface Port Interface Interface 2 EP: Environment Port Desired/undesired: est-ce que cette interface crée les effets souhaités ou non-souhaités?

9 Interfaces Multidisciplinaires 9 Modèle de données de l interface Attributs du ports Un port peut être décomposé. Les paramètres précisent la direction et le visibilité du port.

10 Interfaces Multidisciplinaires 10 Modèle de données de l interface Classification de l interface Les paramètres précisent la classification de l interface (type, configuration et desired). Des contraintes en Object Constraint Language (OCL) définissent les détails de la configuration de l interface. L opération Compatibility est utilisée pour tester le compatibilité.

11 Interfaces Multidisciplinaires 11 Constituants de l interface Les associations et les contraints OCL montrent la configuration de l interface. L environnement, le composant, l interface et le port peuvent être décomposés. L environnement, le composant et l interface peuvent posséder plusieurs ports. L interface ne peut lier avec que deux ports.

12 Interfaces Multidisciplinaires 12

13 Interfaces Multidisciplinaires 13 Compatibilité des Interfaces Multidisciplinaires CP1 CP2 Component 1 Interface Component 2 Rule 1: CP1. Parameters1. value = CP2. Parameters2. value CP1. Parameters1. unit = CP2. Parameters2. unit Rule 2: CP1. Parameter1. value< CP2. Parameters2. maxvalue CP1. Parameter1. value> CP2. Parameters2. minvalue CP1. Parameter1. unit= CP2. Parameters2. unit

14 Interfaces Multidisciplinaires Solutions des problèmes d incompatibilité 14 CP1 CP2 Componenment 1 Componenment 2 Interface 1 Incompatible Compatible CP1 CP3 Componenment 1 Componenment 3 Interface 2 Incompatible Interface 1 Componenment 1 Interface 1.1 Componenment 3 Interface 1.2 Componenment 2 Compatible Compatible

15 Cas d étude 15 Introduction du système opto-mécatronique Le DMD génère une lumière structurée et cette lumière est projetée sur l objet à mesurer; La lumière structurée déforme selon la condition de surface de l objet. Le CCD détecte la lumière réfléchie par l objet. L algorithme du logiciel traite et compare la différence de lumière projetée et réfléchie. La situation de surface de l objet peut être reconstruite. Le mode de mesure peut être changé en utilisant les miroirs et les actionneurs.

16 Cas d étude 16 Exemple: sous-système de projection de lumière structurée [Dupont et al, 2011] Source de lumière DMD Guide d image Sonde compacte

17 Cas d étude 17 Décomposition du système Conception domaine-spécifique EP1 Environnement industriel I0121 CP1 Guide d image 1 Modélisation de l interface Test de compatibilité

18 Cas d étude 18 Solution d incompatibilité Conception domaine-spécifique EP1 Environnement industriel I0121 CP1 Guide d image 21 Modélisation de l interface Test de compatibilité

19 Cas d étude 19 Décomposition du système Conception domaine-spécifique DMD CP3 CP2 I112 Guide d image Modélisation de l interface Test de compatibilité

20 Cas d étude 20 Solution d incompatibilité Conception domaine-spécifique Système des lentilles DMD CP3 CP2 Guide d image Modélisation de l interface Test de compatibilité

21 Conclusion 21 Intégration multidisciplinaire pour la conception de systèmes mécatroniques Modélisation des interfaces multidisciplinaires Classification des interfaces multidisciplinaires Modèle de données des interfaces multidisciplinaires Compatibilité des interfaces multidisciplinaires Cas d étude-système opto-mécatronique Démonstrateur sur Catia V6

22 22 Merci de votre attention!

23 Références 23 Carryer J, Ohline R, Kenny T., Introduction to mechatronic design. Prentice Hall. Ettlie, J., Integrated design and new product success. Journal of Operations Management 15 (1), pp Thayer R.H., Dorfman, M., Systems and Software Requirements Engineering, Los Alamitos: IEEE Computer Society Press. Penas O., Plateaux R., Choley J.Y., Rivière A., The different complexity levels in mechatronic design process, in: 3rd International Conference on Software, Knowledge, Information Management and Applications SKIMA, Fès, Morocco. Hoffman, D., On Criteria for Module Interfaces. IEEE Transactions on Software Engineering, 16(5), pp Perry, D.E., Position Paper: The Constructive Use of Module Interface Specifications. In 3rd International Workshop on Software Specification and Design. London, England. Liang, V. C., Paredis, C.J.J., A Port Ontology for Conceptual Design of Systems. Journal of Computing and Information Science in Engineering, 4(3), pp Bettig, B., Gershenson, J.K., The representation of module interfaces. International Journal of Product Development, 10(4), pp Zheng, C., Bricogne, M., Le Duigou J., Eynard. B., Survey on mechatronic engineering: A focus on design methods and product models. Advanced Engineering Informatics, 28(3): Rahmani, K., Thomson, V., Ontology based interface design and control methodology for collaborative product development. Computer-Aided Design, 44(5), pp Sosa, M.E., Eppinger, S.D., Rowles, C.M., Designing Modular and Integrative Systems. In ASME 2000 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. Baltimore, USA. Pahl, G., Beitz, W., Feldhusen, J., Grote, K.H., Engineering design: a systematic approach 3rd edition., London: Springer-Verlag. Dupont, E., Lamarque, F., Prelle, C., D triangulation system based on out-of-axis aperture configuration for micro-scaled objects shape measurement. In Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering. San Francisco, USA.

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