IKKY-FAP-WP10.3-1-AIRBUS-Validation des lois de

Cockpit – SEFA – Systèmes Embarqués et Fonctions Avancées
Projet IKKY
Intégration du KocKpit et de ses sYstèmes
CORAC – Plateforme de Démonstration Technologique
Appel à Propositions
CET APPEL A PROPOSITION NE REPRESENTE EN AUCUN CAS UN ENGAGEMENT A SE LIER
CONTRACTUELLEMENT AVEC LE PARTENAIRE, NI UN ENGAGEMENT SUR UNE DATE
EVENTUELLE DE LANCEMENT DU PROJET IKKY.
Référence
l’appel
de
Titre de l’appel
Lot(s)/WP(s)
IKKY-FAP-WP10.3-1-AIRBUS Validation des lois de commande
Validation des lois de commande
LOT 10: Contrôle
(N° et Libellé)
Sous-Lot(s)
/sous WP(s)
WP10.3 : Validation des lois de commande
(N° et Libellé)
Date
de
publication de 3 juillet 2014
l’appel
Date de clôture
27 août 2014 à minuit
de l’appel
Point Focaux Projet :
Anne-Marie BREMOND-RECORBET
Tel. 0561937028 / [email protected]
Personne
contacter
à
Catherine CHAMPAGNE ([email protected])
Points Focaux Techniques :
BOADA-BAUXELL, Josep (0561938354, [email protected])
Laurent GOERIG ([email protected])
2014 – Projet IKKY
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1. Description
Le contexte
Placer votre appel dans le contexte de la plateforme et dans l’organisation établie en
lot de travail
La validation des lois de commandes de systèmes aérospatiaux, processus souvent long et
coûteux devant conduire à la satisfaction d'exigences de performances, de sécurité et
fiabilité, est un enjeu majeur pour les industriels qui y sont confrontés à chaque nouveau
programme. Ce processus de validation est rendu particulièrement complexe par la
présence d’erreurs de modèle (incertitudes paramétriques et variabilités du système) et de
perturbations (turbulence, ordres pilote), et par la présence de commutations logiques et de
non-linéarités dans les lois de commandes.
Les lois de guidage/pilotage d’un avion sont généralement synthétisées à partir de modèles
représentant différents niveaux de simplification du système complet global à contrôler
(modèles linéarisés par exemple). Dans le processus conduisant à la validation des lois
synthétisées, il est nécessaire de vérifier le comportement des lois sur une modélisation plus
globale et plus fidèle du système, généralement sous la forme d'un simulateur du
comportement dynamique de l’avion représentatif entre autres de l'ensemble des
dynamiques, non-linéarités, contraintes et commutations présentes dans les systèmes de
commandes de vol. Cette vérification doit tenir compte de toutes les conditions d'utilisation,
en particulier les pires cas, combinant : variations des paramètres dans le domaine de vol
(masse, centrage, inerties), perturbations aérologiques susceptibles d'être rencontrées (vent,
turbulence), incertitudes les plus pénalisantes (modélisation aérodynamique), ainsi que
manœuvres particulières du pilote. Elle doit également permettre d’assurer l'absence de
dysfonctionnement dans les logiques des lois de guidage/pilotage pouvant conduire à activer
des fonctions dans des contextes non prévus.
Pour résoudre ce problème d’analyse hybride, une approche consiste à employer des
méthodes d’analyse basées sur la théorie du contrôle. Cette approche analytique est limitée
jusqu’à présent à l’analyse de systèmes dynamiques simplifiés comportant peu de nonlinéarités, de commutations et de variations paramétriques, et délivre des conclusions
souvent locales et conservatives. Une autre approche de type Monte-Carlo consiste à
réaliser une série importante de simulations d’un modèle plus global sur un maillage de
l'espace de recherche pour détecter entre autre les pires cas. Du fait de la dimension élevée
de cet espace, des compromis sont nécessaires dans la discrétisation des paramètres du
maillage afin de restreindre le nombre de simulations et de produire des résultats dans des
délais acceptables. Même guidé par l’expérience de l’avionneur, il existe ainsi un risque
d'oublier certains cas pénalisants situés par exemple à l'intérieur d'une maille trop grossière.
Les difficultés sont fortement accentuées par le fait que les critères utilisés pour qualifier le
comportement du système sont multiples et diversifiés : dépassements, temps de réponse,
activité des gouvernes, cycles limites, violation des protections, etc.
L’étude proposée vise donc à accomplir des progrès significatifs dans la vérification formelle
de lois de guidage/pilotage hybrides de la plateforme, par la conjugaison de méthodes
innovantes récentes d’analyse intrusives des lois (approches analytiques) et non intrusives
(approches stochastiques et optimisation multi objectifs).
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Description de l’appel
Décrivez précisément votre appel par Lot et par Sous-Lot
L’étude proposée consiste à améliorer significativement le processus industriel de vérification
globale du bon comportement d’un avion muni de ses lois de commandes (lois de
guidage/pilotage) par des techniques avancées complémentaires :
- d’analyse stochastique,
- d’analyse analytique,
- et d’analyse par optimisation évolutionnaire multi objectifs.
Ces techniques d’analyse avancées devront être capables :
- de traiter l’ensemble du domaine de vol de l’avion (ou des sous-domaines),
- de traiter l’ensemble du domaine de fonctionnement des lois de commande,
- d’appréhender les incertitudes/perturbations de modèles spécifiées,
- d’identifier les cas de comportement particulier (pires cas et comportements indésirables),
- de donner des mesures de la qualité de l’analyse réalisée (indicateurs de confiance, niveau
de conservatisme, etc.).
Domaine d’intervention du Partenaire
Décrivez le domaine scientifique ou technique (listez les tâches et/ou activités) dans
lequel votre partenaire devra intervenir
Le partenaire devra intervenir dans les domaines :
- du contrôle et de l’analyse de systèmes dynamiques complexes en présence de non
linéarités, de commutations, d’incertitudes paramétriques et de perturbations externes ;
- de la vérification formelle de logiciels et de systèmes dynamiques complexes en présence
de non linéarités, de commutations, d’incertitudes paramétriques et de perturbations
externes ;
- de la mise en œuvre de techniques d’optimisation globale multi objectif (en particulier
évolutionnaires) pour la recherche de pire-cas en présence d'incertitudes.
Problèmes à résoudre
Quels sont les objectifs et problèmes scientifiques et techniques à résoudre
Pour les lois hybrides de pilotage (contrôle de la plateforme) d’un modèle d’avion d’affaires,
développement de méthodes et outils :
Tâche 1.1 :
- d’analyse analytique des lois (estimation des domaines de stabilité et de performance dans
l’espace des états, estimation de domaines d’atteignabilité par les entrées pilote et les
perturbations externes, détection et caractérisation de cycles limites, etc). Cette tâche sera
traitée en 2 étapes : analyse sur un ensemble réduit de sous-modèles, puis analyse sur un
ensemble élargi.
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Tâche 1.2 :
- d’analyse des lois par optimisation évolutionnaire multi objectifs en présence d'incertitudes,
en s'attachant à déterminer l'ensemble des pire cas dans un délai calculatoire comparable à
celui de l'approche traditionnelle (mise en évidence de certains pire cas difficiles à
appréhender dans un délai réduit, et/ou amélioration de la probabilité de leur détection à
nombre de simulations équivalent). Cette tâche sera traitée en 2 étapes : optimisation multi
objectif en nominal, puis en présence d’incertitudes.
Pour l’ensemble des lois hybrides de guidage/pilotage d’un modèle d’avion de transport :
Tâche 2.1 :
- construction d’un modèle hybride par extraction d’un automate de commutations
(formalisation de l’ensemble des logiques de commutation présentes dans les lois)
exploitable pour la validation du modèle initial.
Tâche 2.2 :
- quantification d’incertitudes pour un modèle hybride (analyse du comportement
stochastique des signaux d'intérêts, calcul de la densité de probabilité de l’état en boucle
fermée, évaluation du niveau de confiance).
Tâche 2.3 :
- analyse du graphe de commutations (analyse formelle des spécifications, estimation du
domaine couvert par des scenarios, analyse du jeu de test à réaliser pour couvrir un certain
domaine de recherche).
Pour l’ensemble des tâches, il est important de développer les capacités à donner des
mesures de la qualité de l’analyse réalisée (indicateurs de confiance, niveau de
conservatisme, etc).
Critères ou contraintes à prendre en compte
Quelles sont les contraintes à prendre en compte pour répondre à l’appel
Le partenaire devra s'appuyer sur un état de l'art des domaines scientifiques couverts,
intégrant les travaux antérieurs déjà réalisés en particulier par Airbus et Dassault Aviation.
Le partenaire devra tenir compte des contraintes inhérentes aux processus de validation de
lois.
Le partenaire devra proposer dans la mesure du possible des solutions compatibles avec les
procédures existantes ou bien proposer des évolutions réalistes de ces procédures pour
améliorer la satisfaction des objectifs visés. Dans ce dernier cas, une évaluation du bénéfice
attendu en regard de la complexification des moyens à mettre en œuvre devra être établie.
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2. Savoir-faire,
attendus
certifications,
ou
équipements/prestations
Listez ici les compétences, connaissances, savoir-faire ou matériels que le candidat
devra mobiliser
-
expertise en mécanique du vol et en modélisation avion
-
bonne connaissance des outils de simulation avion employés par Airbus et Dassault
Aviation, expertise en théorie du contrôle et de l’analyse non linéaire appliquées à
l’étude du comportement dynamique d’un avion en vol : modélisation LFT de taille
maîtrisée, résolution de problèmes LMI/SDP, analyse fréquentielle par IQC et muanalyse, analyse temporelle par fonctions de Lyapunov, etc ;
-
expertise en méthodes d'optimisation de type évolutionnaires, ainsi que dans le
développement d'algorithmes mixtes (combinant approches locales et globales) et
éventuellement d'implémentation sur architectures de calcul parallèles ;
-
expertise en méthodes de modélisation, de vérification formelle de systèmes
dynamiques complexes et de logiciels et d’analyse de couverture de test;
-
maîtrise de l’environnement Matlab/Simulink.
3. Livrables et dates de livraison
Ajoutez des lignes si nécessaire
Référ
ence
Nom du
Livrable
D0.
Etat de l'art
D1.1.1
Analyse
analytique sur
un sousensemble
réduit de
modèles
D1.1.2
Analyse
analytique sur
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Description
Date
de
livrais
on
Etat de l'art des méthodes avancées de
type
stochastique,
analytique,
optimisation multi objectifs et de T0+6
vérification formelle pour la validation
des lois
Associés et
partenaires
pouvant
accéder au
livrable et
l’utiliser
Airbus
Dassault
Aviation
et
Airbus
Dassault
Aviation
et
T0+24
T0+36
Airbus
Dassault
et
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Référ
ence
Nom du
Livrable
Description
Date
de
livrais
on
un sousensemble
élargi de
modèles
D1.2.1
D1.2.2
D2.1
Optimisation
multiobjectif
en
configuration
nominale
Optimisation
multiobjectif
en présence
d'incertitudes
Construction
d'un modèle
hybride par
extraction d'un
automate de
commutations
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Associés et
partenaires
pouvant
accéder au
livrable et
l’utiliser
Aviation
Description des méthodes d'optimisation
multi objectif proposées, de leur
implémentation et de leur évaluation sur
le(s) simulateur(s) fournis par les
associés, dans le cas d'un avion
nominal (sur son domaine de vol à partir T0+24
de scénarios incluant les perturbations
externes).
Airbus
Dassault
Aviation
et
Description des méthodes d'optimisation
multiobjectif
proposées,
de
leur
implémentation et de leur évaluation sur
le(s) simulateur(s) fournis par les
associés, en tenant compte des
incertitudes du modèle avion (sur son
domaine de vol à partir de scénarios T0+36
incluant les perturbations externes).
Airbus
Dassault
Aviation
et
Description des différentes méthodes
d'exploration
d'une
spéciation
SIMULINK/SCADE,
de
leur
implémentation et de leur évaluation sur
un modèle issu du simulateur fourni par T0+24
les associés.
Airbus
Dassault
Aviation
et
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Référ
ence
D2.2
D2.3
Nom du
Livrable
Quantification
d'incertitudes
pour un
modèle
hybride
Analyse du
graphe de
commutation
s:
vérification
formelle de
propriétés,
analyse de
couverture de
test et
génération de
cas tests
Description
Date
de
livrais
on
Description des méthodes proposées
pour l'analyse probabiliste d'un modèle
type automate
d'exploration d'une
spécification SIMULINK/SCADE, de leur
implémentation et de leur évaluation sur
un modèle issu du simulateur fourni par T0+36
les associés.
Description des méthodes proposées
pour l'analyse de couverture d'un
ensemble
de scénario test,
la
vérification formelle de propriétés sur le
graphe de commutation,
de leur
implémentation et de leur évaluation sur T0+36
un modèle issu du simulateur fourni par
les associés.
Associés et
partenaires
pouvant
accéder au
livrable et
l’utiliser
Airbus
Dassault
Aviation
et
Airbus
Dassault
Aviation
et
Le partenaire devra veiller à accompagner les fournitures ci-dessus (hormis pour D0) des
logiciels développés aux fins d’évaluation en parallèle chez les industriels associés.
Des réunions d’avancement seront organisées tous les 6 mois.
Des fournitures intermédiaires seront prévues, conformément au planning donné ci-dessous.
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4. Planning du Projet
Insérez le planning du projet (image) sur lequel porte l’appel pour permettre au
candidat d’insérer sa réponse dans votre planning (note : le planning est nécessaire
car l’intégration de la proposition dans la logique globale de la plateforme est un
critère de sélection)
Date de notification du projet : T0 : 01/01/2015
Durée du projet : 36 mois
T0
T0+6
Développement du simulateur
d'avion de transport (Airbus) & des
spécifications pour l'analyse
modèle avion transport
Développement du simulateur
d'avion d'affaire (DA) & des
spécifications pour l'analyse
modèle avion affaire
T0+12
T0+18
T0+24
T0+30
T0+36
D1.1.1i
Tâche 1.1.1 : analyse analytique sur
un ensemble réduit de sousmodèles
Tâche 1.1.2 : analyse analytique sur
un ensemble élargi de sousmodèles
D1.1.1
D0
D1.1.2i
D1.1.2
D0
D1.2.1i
Tâche 1.2.1 : optimisation
multiobjectif en nominal
Tâche 1.2.2 : optimisation
multiobjectif en présence
d'incertitudes de modèle
D1.2.1
D1.2.2i
D1.2.2
D0
D2.1.i
Tâche 2.1 : modèle hybride /
automate de commutations
Tâche 2.2 : quantification
d'incertitudes
Tâche 2.3 : analyse du graphe de
commutations
D2.1
D2.2.i1
D2.2.i2
D2.3.i1
D2.3.i2
D0
D2.2
D0
D2.3
D: Delivrables
i: delivrable intermédiaire
5. Critères de sélection spécifiques à cet appel
Si vous n’avez pas de critère spécifique, ne remplissez pas cette section
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6. Remarques
Texte libre que l’on peut ajouter aux rappels suivants
Une partie de l’enveloppe budgétaire est réservée aux PME-PMI et ETI pour leur contribution
à la structuration de la filière aéronautique qui représente une forte valeur ajoutée
économique. Aussi, les dossiers de candidature des PME-PMI et ETI seront instruits avec
une attention toute particulière par le Comité d’Evaluation
Les appels à propositions ne sont en aucun cas des appels d’offres de commanditaires pour
sélectionner des prestataires, fournisseurs et sous-traitants. Les appels à propositions sont
exclusivement réservés au recrutement de partenaires qui participeront à la plateforme pour
une durée limitée à la tâche pour laquelle ils auront été sélectionnés, qui autofinanceront leur
activité à hauteur du minimum d’engagement requis en complément du soutien de l’Etat.
Dans leur dossier de réponse, les candidats doivent respecter les accords de non-divulgation
ou de confidentialité qu’ils auraient pu conclure par ailleurs.
Certains appels à propositions peuvent être annulés par leurs porteurs dans les cas suivants
: périmètre technique trop large, inadéquation de la proposition avec le budget, manque de
réponses ou insuffisance de détails permettant l'évaluation, adéquation insuffisante des
réponses avec le périmètre, retrait d'une partie du projet. Cette liste n'est pas limitative. Dans
cette hypothèse, le porteur de l’appel à proposition en informera les candidats dès la prise de
décision.
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