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Modélisation système

Nous abordons la modélisation en vue de son couplage à des algorithmes d’optimisation, pour le dimensionnement et/ou la gestion énergétique. A ce titre, nous développons plus particulièrement des méthodes de génération automatique de code, intégrées à des outils métiers, dépendant des applicatifs étudiés. Le formalisme de modélisation par constantes localisées (schéma électrique équivalent) est plus particulièrement étudié, qu’il s’agisse des réseaux de réluctances pour les circuits magnétiques (Thèse de T. Bazzo, 2014-17), des circuits pour la thermique des machines ou des bâtiments, etc. Des méthodes de modélisation dynamique temporelle ou fréquentielle sont également développées pour l’optimisation (Thèse de L. Nhat Hoang Tran, 2012-15, Thèse d’A. Baraston, 2015-18). Dans nos travaux, nous favorisons la réutilisation des modèles par une approche orientée composants (code de calcul distribuable) ou orientée services (mise à disposition de capacité de calcul distribué) (thèse d’A. Raad, 2014-17).

Un framework de modélisation des systèmes d'énergie électrique, intégrant l'interopérabilité des modèles, des outils experts, et des services

Aujourd'hui, le défi est de parvenir à une conception efficace de tout un système d'énergie électrique, en tenant compte des différents domaines de la simulation (physiques ou non), et des différents experts avec leurs propres outils. Une modélisation globale du système, en tenant compte de ses différents composants, doit être effectuée en utilisant des approches d'interopérabilité. 3 approches peuvent être envisagées :

  • Interopérabilité des modèles, basée sur les langages objets Modelica ou VHDL-AMS
  • Interopérabilité des codes, basée sur des standards de composants logiciels MUSE / FMI 
  • Interopérabilité des services, basée sur les standards de web-services.

Les principaux concepts à mettre en œuvre dans l’interopérabilité sont:

  • la traduction automatique du modèle d'un langage de modélisation à d'autres
  • les concepts de plug-in et plug-out, qui assurent la production et l'utilisation de composants logiciels, d'outils de modélisation vers d'autres.
  • la spécification de services réutilisables, et leur publication.

1. Approches de conception du système

Différents formalismes doivent donc être considérés 

  • Un langage standardisé de modélisation (VHDL-AMS ou MODELICA) est plutôt utilisé pour la simulation au niveau système. Il fournit un modèle explicite (boîte blanche), fortement couplé avec d'autres modèles (mécanique, économique ...). Mais, il n'est pas facile d'introduire des modèles tels que ceux décrits par des équations aux dérivées partielles 2D / 3D ou d'autres formalismes de modélisation telles que la modélisation multi-agents.
  • Les normes de composant logiciel (MUSE / FMU), sont une approche complémentaire pour les modèles complexes, offrant un code compilé binaire "boite noire". Il s'agit de modèles portables et bien adaptés à la réutilisation, exposants seulement leurs services. Le système est donc construits par un assemblage (couplage faible) de composants. 
  • Les standards d’interopérabilité de services s’appuient désormais sur les couches de communication HTTP - TCP/IP - Ethernet, via les Web-Services. Les web-services sont de plus en plus disponibles au niveau des équipements physiques (capteurs, automates, etc.), au niveau de services de prévision (météo, prix de l’énergie, etc.) et s’ouvrent désormais au niveau des modèles de calcul, en phase d’exploitation (pilotage anticipatif) mais aussi en phase de conception, notamment en conception collaborative.

Les trois approches ont des propriétés intéressantes pour réaliser la modélisation du système, en particulier pour régler les problèmes d'interopérabilité des outils de modélisation experts.

Comme l’illustre la figure suivante, une structure hiérarchique à 3 niveaux de granularité peut être définie en termes de réutilisation?. Le concept de services qui agrège celui de composants, agrégeant lui-même celui d’objets. Chaque couche offrant ses propriétés entre terme de compromis de dynamique et de force de couplage.

fig 1 approches objet/composant/service

2. Un framework pour la modélisation système

Comme l'illustre la figure 1, l'interopérabilité entre les outils de modélisation et de simulation est assurée par notre norme MUSE (www.muse-component.org) et / ou d'autres normes (FMU...)

Le framework CADES (http://www.cades-solutions.com) implémente cette méthodologie.
Le BUS à composant permet l’interopérabilité entre les langages, les composants et les services.

  
fig 2 interopérabilité

3. Application aux systèmes mécatroniques : simulation dynamique de composants électromagnétiques




fig 3 interopérabilité entre les 
outils experts en électromagnétique et les environnements de simulation dynamique 

4. Application au système bâtiment : simulation dynamique multi-physique

 

fig 4 interopérabilité entre les outils experts bâtiment et les environnements de simulation dynamique 

5. Le projet open source WEST (Web Energy Services and Tools)

 

fig 5 WEST architecture 

Orchestration de services web multi-métier

La couche immédiatement supérieure à la couche « services » correspondra à l’orchestration de services ou workflow, c'est-à-dire l’enchaînement de ceux-ci de manière séquentielle ou parallèle, bouclé, conditionnel, synchrone ou asynchrone, etc. Ceci se réalise dans le cadre conceptuel des Architectures Orientées Services (en anglais SOA).
L’illustration suivante présente un Web service d’aide à la décision qui optimise un modèle global accessible par web-service, lui-même orchestrant des web-services métiers
 


Exemple d’orchestration entre service de calculs et services d’aide à la décision pour la conception de bâtiments

mise à jour le 20 septembre 2019

anglais
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