Validation de modèles de simulation

par Damien Foures

Thèse de doctorat en Génie industriel

Sous la direction de Alexandre Nketsa et de Vincent Albert.

Soutenue le 26-06-2015

à Toulouse 3 , dans le cadre de École doctorale Systèmes (Toulouse) .


  • Résumé

    Ce travail de thèse s'est intéressé à la validité des modèles de simulation dans le cadre du développement des systèmes complexes et critiques. Une analyse de l'approche d'ingénierie système, et plus particulièrement de l'aspect modélisation et simulation, a permis de constater qu'il est impossible d'établir de façon directe la validité du modèle de simulation. De nombreux points sont à l'origine de cette impossibilité, comme une mauvaise formulation des objectifs de simulation, une incohérence implémentatoire, les limites du moteur de simulation, etc. La validité d'un modèle de simulation étant définie pour un objectif de simulation, il est apparu important de proposer une approche globale de la M&S, associant un ensemble d'outils capables de détecter des incohérences entre les objectifs de simulation et les modèles du système d'intérêt. Ces outils, à destination de l'utilisateur de la simulation, permettent l'amélioration du niveau de confiance dans le modèle de simulation et donc dans les résultats de simulation. Notre étude se base sur la théorie de la M&S telle que proposée par B.P. Zeigler. En considérant le concept de cadre expérimental qui y est introduit, nous avons pu proposer un cadre méthodologique capable d'exprimer les objectifs de simulation de manière claire. Ce cadre méthodologique nous permet d'étudier les problématiques d'application et d'accommodation de la M& S que nous regroupons sous la problématique de compatibilité. Ainsi, notre premier objectif a été de proposer une approche capable de mesurer l'incohérence entre les objectifs de simulation et le modèle du système. En s'appuyant sur les méthodes formelles et la théorie des automates, nous avons établi un ensemble de métriques capables de mesurer le degré de compatibilité dynamique entre cadre expérimental et modèle du système d'intérêt. Pour cela, nous étudions en premier lieu la compatibilité dynamique entre automates à interface en utilisant la décomposition en arbre. Montrant les limites d'une telle approche, nous sommes passé à l'étude de la compatibilité entre modèles DEVS en utilisant la génération de graphes de classe, autrement appelés graphes d'atteignabilité. Cette étude formelle de la compatibilité nous permet de proposer un ensemble de bonnes propriétés de la simulation. Nous proposons finalement une méthodologie qui permet de guider l'utilisateur de la simulation dans l'élaboration de métriques permettant de mesurer ce niveau de compatibilité. S'appuyant sur les concepts de l'ingénierie dirigée par les modèles, nous proposons un langage dédié à la simulation permettant de guider l'utilisateur de la simulation dans l'évaluation de la validité des modèles de simulation.

  • Titre traduit

    Validation of simulation models


  • Résumé

    This work is focused on the validity of simulation models during development of complex and critical systems. The analysis of the system engineering approach and, especially the modeling and simulation aspect, showed that it was impossible to directly determine simulation models validity. Many aspects can cause this unattainability, such as bad formulation of simulation objectives, implementation inconsistency, limits of the simulation engine, etc. The validity of a simulation model being defined for a specific simulation goal, it seemed important to provide a global M&S approach, combining a set of tools to detect inconsistencies between objectives and models of the system under test. These tools, dedicated to the simulation user, allow to improve confidence level of the simulation model and thus in simulation results. Our study is based on the M& S theory as proposed by B.P. Zeigler. Using the concept of experimental frame, we are able to propose a methodological framework to express simulation objectives clearly. This allows us to study applicability and accommodation, witch we grouped under compatibility issue. Thus, our first objective was to propose an approach able to measure inconsistencies between experimental frame and model of the system. Based on formal methods and automata theory, we propose a set of metrics that measure the degree of dynamic compatibility between experimental frame and model system of interest. For this, we firstly study the dynamic compatibility between interface automata using tree decomposition. Showing limits of this approach, we studied compatibility between DEVS models using reachability graphs analysis. This formal study of the compatibility help us to propose a set of good properties of the simulation. Finally, we propose a methodology to guide the simulation user in metrics development to measure the compatibility level. Based on model-driven engineering approach, we propose a simulation dedicated language, to help users to asses the validity of simulation models.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (188 p.)

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2015 TOU3 0071
  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque électronique.
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