Soutenance de thèse: Contribution à l’intégration d’une liaison avionique sans fil.

1. Soutenance de thèse: Contribution à l’intégration d’une liaison avionique sans fil. L’ingénierie système appliquée à une problématique industrielle Par : Johanna Berrebi Directeur de thèse : Daniel Krob Laboratoire d’accueil : LIX de l’Ecole Doctorale de Polytechnique Responsable : Louis Granboulan Entreprise d’accueil : EADS IW

2. Plan de présentation Introduction    Approche opérationnelle en phase amont (phase de montage et de préparation) d’un projet de conception d’un système innovant Approche opérationnelle en phase projet de conception d’un système innovant Approche fonctionnelle en phase projet de conception d’un système innovant Amorce d’une approche organique en phase projet de conception d’un système innovant Conclusion phase post innovation : l’approche organique en projet et post-projet

3. Introduction Problématiques Motivation Les processus utilisés I

4. Introduction: problématique Les capteurs sont très utiles dans un aéronef • Les câbles : • Pèsent lourd • Prennent de la place • Complexifient les installations • Certaines zones sont difficiles à instrumenter • Poser de nouveaux capteurs sur un appareil existant est laborieux Remplacer les réseaux filaires par des réseaux sans fil est une solution mais représente un défi technologique considérable • Propagation (cage de faraday) • Contraintes environnementales sévères, 1.1

5. Introduction: motivation • Objectif technologique : • Une meilleure connaissance de l’environnement et de la santé de l’aéronef • Le gain sur le poids.. • Le gain en flexibilité. • Le gain en malléabilité et en évolutivité. • Le gain sur la complexité. • Le gain sur la fiabilité • Contribution de la thèse • Un véritable état de l’art et une étude de l’existant • Des solutions à nos problèmes et des levées de verrous technologique • Un enrichissement de la méthode basée sur les grandes théories de l’ingénierie système 1.2

6. Introduction: Les processus utilisés 1.3

7. Introduction: mécanisme complet 1.3 Systémique  Marketing : Technique  Chapitre 2 Production et sélection d’idée Définir la finalité la valorisation et la motivation du système Revalorisation Si but non atteint Etat de l’art Analyse du besoin client Définir les concepts système Analyser l’environnement  Chapitre 3 Cartographie Définir les missions du système Définir les limites du système Montage Chapitre 4 Etablir l’architecture fonctionnelle Définition des exigences fonctionnelle Dériver et spécifier les exigences Chapitre 5 Sélection d’une ou plusieurs technologies et identification des points faibles Identifier les critères de sélection des technologies Préparation murissement et adaptation des technologies Conception physique ou technique Conception technique ou physique

8. II- Approche opérationnelle en phase amont L’idée, la finalité  L’état de l’art L’analyse d’un besoin La définition d’un concept système : II

9. Approche opérationnelle en phase amont: Une idée, une finalité • Constat de la situation : • Entre 500 et 2000 capteurs • Les capteurs sont utiles à la navigation ou à la maintenance • On compte 500 kilomètres de câbles pesant prés de 3 tonnes. • Finalités désirées • Connaissance de l’environnement et de la santé de l’aéronef • Une réduction du poids • Une réduction de la complexité • Une augmentation de l’évolutivité • Une augmentation de la flexibilité • Une augmentation de la fiabilité • Idées proposées • les ondes acoustiques • Les ondes électromagnétiques radio 2.1 production et sélection d’idée Définir la finalité la valorisation et la motivation du système Revalorisation Si but non atteint Conception technique

10. Approche opérationnelle en phase amont: Un état de l’art • Retour d’expérience aéronautique • Retour d’expérience non aéronautique • GTB et domotique • WATTECO, société française spécialisée dans les solutions innovantes de communication dédiées à la Télésanté • Suivi des infrastructures et de l’environnement • Groupe d’étude • WAIC : Wireless Avionics Intra-Communications • Fly by Wireless (caneus) 2.2

11. Approche opérationnelle en phase amont: L’analyse d’un besoin 2.3 Analyse du marché et de la concurrence • Avion • Performance et compétitivité  • Cout (allégement de l’avion) : réduction du poids • Simplification du réseau (réduction du temps d’installation) : • Instrumenter des zones difficilement instrumentables: • Apporter un plus sécurité en ajoutant une redondance sans fil (redondance sans fil peu couteuse en poids)  • Ajouter du health monitoring : possible grâce à la réduction du poids et a la flexibilité • Hélicoptère • Performance et compétitivité  • Cout (allégement de l’hélicoptère) : réduction du poids (secondaire) • Simplification du réseau (réduction du temps d’installation) : (secondaire) • Instrumenter des zones en mouvement : augmentation de la flexibilité • Lanceur • Performance (Faire de la mesure au sol) : évolutivité et malléabilité • Cout : la réduction du poids pour les mesures au sol est secondaire (sauf pour les réseaux non retirés au lancement) • Ajouter du health monitoring : flexibilité Analyse du besoin client S1 (q1) Entrée avion: Sortie avion M basic M1 S2 (q2) Sortie hélico Entrée hélico: M basic M2 Sn (qn) Entrée lanceur Sortie lanceur M basic Mn

12. Approche opérationnelle en phase amont: La définition d’un concept système : Concept système : vue d’ensemble 2.4 Définir la finalité la valorisation et la motivation du système Définir les concepts système Analyse du besoin client Analyser l’environnement  Capteur spécifique + traitement du signal+ émission par antenne+ alimentation Canal de transmission + antenne de réception + concentrateur (sur backbone filaire) Traitement du signal + alarme Le signal arrive au centre de décision et active l’alarme ou affiche une information selon le cas Tous les capteurs émettront un signal au concentrateur le plus proche Le signal sera acheminé vers le concentrateur par un canal de transmission sans fil selon un protocole donné

13. Approche opérationnelle en phase amont: La définition d’un concept système : 2.4 Type de transformation Nœud concentrateur Capteur et conditionnement Type de système Nœud capteur Energie : - Réseau interne - Piles/batteries - Harvesting Traitement émission/réception antenne Bus aéronef Traitement émission/réception antenne Système Périmètre système Périmètre système

14. III- Approche opérationnelle en phase projet de conception d’un système innovant Définition du système SAHARA Définition des limites du système : périmètre Discussion sur les verrous technologiques III Quelle est la mission du système ? Niveau opérationnel Mission Quel sont les (sous)-processus à mettre en œuvre pour que le système remplisse sa mission? Fonctions Niveau fonctionnel Constituants Hard et software Hommes Quels sont les éléments constitutifs des sous-processus identifiés? Niveau Organico-technique

15. Approche opérationnelle: Définition du système 3.1 • Une vision applicative: avion, lanceur, hélicoptère • Voilure, structure aéronef • Train d'atterrissage ou mécanique en mouvement, ou ensemble arrimés • Instrumentation banc moteur et environnement moteur • Instrumentation pales (sondes températures, efforts, Pression) • Applications de télémesure • Applications de suivi des conditions, • Surveillance des ambiances avec des capteurs de hautes et basses cadences

16. Approche opérationnelle: Définition du système 3.1 • Sahara • Une vision environnementale: les acteurs Normes sanitaires Normes aéronautiques Normes ITU Système technologique Système ingénierie Operateurs: pilote, maintenance Système client Système environnemental Aéronefs Client indirect: compagnie aérienne passager Système législatif Environnement extérieur Client direct: systémier équipementier Technologie disponible Conception Fabrication Technologie en incubation Certification Aéronef Maintenance

17. Approche opérationnelle: Définition du système Modifie l’appréhension de son environnement Une mission accomplie pour chaque acteur 3.1 Définir les concepts système Donne des informations sur l’environnement de l’appareil Nombre de tentatives <x Analyser l’environnement  Pilote Définir les missions du système Donne des informations sur la santé de l’appareil Sahara Equipe de maintenance Répare les défaillances de l’appareil

18. Approche opérationnelle: Définition du système Sahara 3.1 • Un scenario opérationnel Normal Transmet les informations recueillies Reçois des données physiques qu’il traite et compare aux normes attendues Transmet les informations recueillies accompagnées d’un signal d’alarme Anormal Pilote Nb alarme>2 Demande confirmation Reçois la valeur des informations anormales Reçois la valeur des informations anormales Modification du comportement du pilote Nb alarme<2 Reçois les informations normale RAS Fin

19. Approche opérationnelle: Cartographie Environnement des aéronefs 3.1 Contexte aéronautique (hélicoptère, avion lanceur) entrainant son lot de contraintes (espace confiné etc…) Système Sahara I nter f ace pilote et Prend des décisions ou pas en fonction des informations transmises Pilote • Besoins: alléger, instrumentaliser, malléabiliser • Mission: traiter et transmettre des informations d’un point A à un point B • Contraintes spécifique: • Temps de maintenance et d’installation inferieure ou égale à l’actuel • Poids inferieur au câblage actuel • Ne perturbant pas et ne se laissant pas perturber par l’environnement direct ( avionique) et indirect (radar téléphone etc…) I nter f ace Récupère des informations sur son environnement (stimulus physique) Capteur A B I nter f ace Maintenance Répare ou pas en fonction des informations transmises

20. Approche opérationnelle: Définition des limites du système  Un système borné 3.3 Définir les concepts système Analyser l’environnement  Définir les missions du système Définir les limites du système

21. Approche opérationnelle: Identification des verrous technologiques • Verrous technologiques réels et choix des bornes • Robustesse de transmission (tolérance aux perturbations) et fiabilité • Disponibilité de fréquences et compatibilité électromagnétique • Sécurité (intégrité, confidentialité, usurpation) • Communication sans fil sous contraintes de temps réel et d’énergie 3.3

22. IV- Approche fonctionnelle en phase projet de conception d’un système innovant Analyse et conception fonctionnelle : architecture fonctionnelle Analyse et dérivation des exigences de haut niveau Spécification des exigences IV Quelle est la mission du système ? Niveau opérationnel Mission Quel sont les (sous)-processus à mettre en œuvre pour que le système remplisse sa mission? Fonctions Niveau fonctionnel Constituants Hard et software Hommes Quels sont les éléments constitutifs des sous-processus identifiés? Niveau Organico-technique

23. Approche fonctionnelle: Analyse et conception fonctionnelle : architecture fonctionnelle 4.1 Briefing marketing à destination de la R&D Définir les fonctions de service du système et leurs contraintes Architecture fonctionnelle

24. Approche fonctionnelle: Analyse et dérivation des exigences de haut niveau • Exigence de haut niveau des différentes parties prenantes • REQ.HN.1 : Exigence aéronef • REQ.HN.2 : Exigence environnement • REQ.HN. 3 : Exigence technologie disponible • REQ.HN.4 : Exigence technologie en incubation • REQ.HN.5 : Exigence maintenance • REQ.HN.6 : Exigence certification • REQ.HN.7 : Exigence conception • REQ.HN.8 : Exigence fabrication • REQ.HN.9 : Exigence Client direct • REQ.HN.10 : Exigence client indirect • REQ.HN.11 : Exigence operateur • REQ.HN.12 : Exigence normes ITU • REQ.HN.13 : Exigence normes aéronautique • REQ.HN.14 : Exigence normes sanitaires 4.2 • Sahara Normes sanitaires Analyser l’environnement  Normes aéronautiques Normes ITU Système technologique Système ingénierie Architecture fonctionnelle Operateurs: pilote, maintenance Système client Système environnemental Aéronefs Définition des exigences fonctionnelle Dérivation et spécification des exigences Client indirect: compagnie aérienne passager Système législatif Environnement extérieur Client direct: systémier équipementier Technologie disponible Conception Fabrication Technologie en incubation Certification Aéronef Maintenance

25. Approche fonctionnelle: Spécification des exigences • Exigences projet • Exigences fonctionnelles et organiques •  Générales • Architecture physique • Modes • Communication / protocole • Liaison RF • Mémoire • Gestion des pannes et maintenance • Energie • Dimensions terminaux, routeurs et concentrateurs • Matériel • Plateformes d’essais et environnement des démonstrateurs. 4.3

26. V- Amorce d’une approche organique en phase projet de conception d’un système innovant Critères de sélection des technologies Technologies finalement sélectionnées Approche organique en phase projet Préparation et adaptation des protocoles sélectionnés V Quelle est la mission du système ? Niveau opérationnel Mission Quel sont les (sous)-processus à mettre en œuvre pour que le système remplisse sa mission? Fonctions Niveau fonctionnel Constituants Hard et software Hommes Quels sont les éléments constitutifs des sous-processus identifiés? Niveau Organico-technique

27. Amorce d’une approche organique: critères de sélection des technologies Critères problématiques 5.1 Dériver et spécifier les exigences Identifier les critères de sélection des technologies

28. Amorce d’une approche organique: Technologies finalement sélectionnées 5.2 Etat de l’art Définition des exigences fonctionnelle Identifier les critères de sélection des technologies Sélection d’une ou plusieurs technologies et identification des points faibles

29. Amorce d’une approche organique: Type d’architecture 5.3 • Typologie ilot mono technologique • Typologie étoile mono technologique • Architecture du démonstrateur Sahara • Architecture de recherche

30. Amorce d’une approche organique: Préparation et adaptation des protocoles 5.4 Etat de l’art Sélection d’une ou plusieurs technologies et identification des points faibles Préparation murissement et adaptation des technologies

31. VI- Conclusion phase post innovation : l’approche organique en projet et post-projet VI • Point d’amélioration • Alimentation adaptée (énergie harvesting ou batteries d’autonomie prolongée. • Choix de modélisation: il n’existe pas qu’une seule solution. • Obsolescence des technologies Fabrication et essai du démonstrateur Essais sur le nouveau produit Outils d’analyse de performance et tenue en environnement Tests Validation Essai sur les lignes Réalisation du produit Planification, Animation, Contrôle

32. Question??