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National Instruments : le défi de la conception cyber-physique

Publié le à 08h12

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Richard Keromen, Ingénieur produit test automatique et RF chez National Instruments

Sont qualifiés de cyber-physiques (CPS) les systèmes embarqués complexes conçus pour interagir avec leur environnement de manière continue et dynamique via l'association d'éléments informatique, de communication et physique. On les trouve dans les smart grids, les réseaux de circulation de véhicules, les bâtiments intelligents, les robots coopératifs, les systèmes automobiles et avioniques.

La conception d'un CPS est soumise à des contraintes (coût, consommation électrique, fiabilité, performances). Mais elle doit avant tout assurer l’interaction intelligente, dynamique et prévisible du système avec le monde réel. Les ingénieurs sont chargés de mettre en avant le comportement du système selon son environnement, en évitant l’utilisation d’outils et de techniques disparates, pour favoriser la conception « au niveau système », qualifiée de « holistique ». Cette approche permet de modéliser les interactions entre les mondes informatique et physique pour prévenir d’éventuels dysfonctionnements. Elle aurait sans doute permis d’éviter la panne d’électricité de 2003 qui a affecté 55 millions de personnes pendant 3 jours, au nord-est des Etats-Unis.

Une des méthodes qui a fait ses preuves repose sur la modélisation destinée à concevoir, analyser, vérifier et valider des systèmes dynamiques, les modèles utilisés provenant des spécifications système et de l'analyse de l'environnement. Les outils de conception de systèmes ayant les niveaux appropriés d'abstraction permettent aux modèles d'être automatiquement combinés, simulés et déployés, et de s'adapter aux exigences de suivi et de vérification de type HIL (hardware-in-the-loop).

Autre méthode éprouvée : la conception basée sur une plate-forme dans les secteurs automobile et aérospatial. Elle permet de construire une structure étendue à des systèmes volumineux et complexes avec de longues durées de vie. Elle peut être utilisée comme couche d'abstraction pour penser aux contraintes de l'application sans se soucier des ajustements au niveau de l’implémentation. Elle permet de définir les éléments ayant des interconnexions claires, donnant lieu à des conceptions indépendantes, composables et modularisées. Il est ainsi possible de réutiliser ou remanier les éléments d'une plate-forme pour des structures de test, du suivi, de la vérification et de la documentation de spécifications.

Ces deux approches sont complémentaires, souvent utilisées en parallèle. Il convient surtout de disposer d’une méthode de conception disciplinée, d’outils de développement holistique ainsi que du matériel « sur étagère » prêt-à-l'emploi pour relever les défis des systèmes cyber-physiques.

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