Design and integration of multi-disciplinary interfaces : method and modelling language for mechatronic systems engineering

par Chen Zheng

Thèse de doctorat en Mécanique Avancée

Sous la direction de Benoît Eynard et de Julien Le Duigou.

Soutenue le 14-12-2015

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) , en partenariat avec Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Conception et intégration d’interfaces multi-disciplinaires : méthode et modélisation pour l’ingénierie des systèmes mécatroniques


  • Résumé

    Les systèmes mécatroniques sont caractérisés par la combinaison synergique de la mécanique, de l'électronique et de l'informatique en temps réel. Ils possèdent leur propre cycle de vie et doivent associer des expertises métiers et des technologies très variées, ce qui rend leur conception plus complexe et nécessairement plus intégrée. Afin de mettre en œuvre une approche permettant d’assurer une meilleure intégration fonctionnelle et spatiale des systèmes mécatroniques, et plus particulièrement sur l’axe développement de produit en assurant une meilleure combinaison des expertises métier, deux types de problématiques doivent être surmontés. La première problématique a trait aux données de conception alors que la seconde est relative aux processus. La contribution de nos travaux de thèse s’appuie sur deux concepts complémentaires. Le premier, un modèle d’interfaces multidisciplinaires, est proposé pour répondre à la problématique relative aux données de conception. Ces interfaces s’appuient sur l’architecture du système et précisent quels transferts existent entre les composants conçus par les différentes disciplines. Instanciées dans le modèle de données, les interfaces multidisciplinaires permettent d’échanger et de partager les informations entre les différentes disciplines. Le second concept concerne la méthode de conception basée sur le modèle d’interfaces multidisciplinaires. Cette méthode est définie pour pouvoir établir le processus d’ingénierie et permettre une meilleure intégration des expertises métiers tout au long de la conception des systèmes mécatroniques. Enfin, les deux propositions sont implémentées par l’intermédiaire d’un démonstrateur basé sur 3DEXPERIENCE Platform. Un système de mesure 3D, combinaison synergique de la mécanique, de l'électronique, de l'informatique et l’optique, est utilisé afin de démontrer et de valider les contributions par nos travaux en termes d'intégration multidisciplinaire des expertises métier lors de la conception des systèmes mécatroniques.


  • Résumé

    Mechatronic system is considered as a synergetic combination of mechanical engineering, electronic engineering and computer engineering. Such mechatronic system has its own lifecycle and should integrate different disciplines and various technologies. Therefore the design of mechatronic systems becomes increasing complex. In order to propose an approach to achieve a better functional and spatial integration of mechatronic systems, especially to achieve a higher integration of different disciplines during the design process of mechatronic systems, two kinds of problems must be overcome. The first problem is related to design data of mechatronic systems while the second is related to the design process. The contribution of the thesis is based on two complementary concepts. The first contribution, the multi-disciplinary interface model, is proposed to address the issue of design data. These interfaces are based on the system architecture and specify which transfers exist between components designed by the project teams of different disciplines. Instantiated in the data model, multi-disciplinary interfaces enables a better data exchange and sharing among the engineers of different disciplines. The second concept concerns the design method based on the multi-disciplinary interface model. This method is proposed to establish the process for mechatronic engineering in order to achieve a better multi-disciplinary integration for the design of mechatronic systems. Finally, the two propositions are then implemented in a demonstrator developed based on 3DEXPERIENCE Platform. A 3D measurement system, considered as a synergistic combination of mechanical engineering, electronic engineering, computer engineering and optical engineering, is used to demonstrate and validate the propositions of the thesis in terms of multi-disciplinary integration for the design of mechatronic systems.


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