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Ingénierie des systèmes complexes

Le rôle du programme « ingénierie des systèmes complexes » de la SNCF ? Identifier la méthode la plus efficace pour inventer le système ferroviaire et les mobilités émergentes de demain.

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Quand il est question de créer et de piloter les objets connectés de demain, la puissance de l’informatique est un allié de circonstance. La solution Flexy, le projet de navette route-rail développée par la SNCF, est un parfait exemple de ces « mobilités émergentes » puisque son développement comme son fonctionnement requièrent un « coup de main » numérique. 

Comment passer du rail à la route ? Comment réagir lorsqu’une voiture s’approche au moment où la navette s’apprête à quitter la voie ferrée ? Quel type de plateforme de transition rail-route faut-il développer ? Autant de problèmes à résoudre grâce à des simulations très poussées nécessitant la collaboration de multiples corps de métier : les métiers de l’automatique et de la mécanique pour les roues ferroviaires en contact avec les rails, ceux de la pneumatique en contact avec la route ou encore tous ceux autour de la conduite et des facteurs humains liés à l’introduction de ces nouvelles mobilités.

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L’ingénierie des systèmes complexes aide à maîtriser l’effet papillon de l’évolution réglementaire. Elle permet à nos experts d’identifier rapidement les conséquences – y compris financières - d’une modification, même anodine, à l’autre bout de la chaîne.

Édouard Chabanier, responsable normalisation et réglementation et expert Synapses à la direction industrielle et ingénierie de SNCF Réseau

Le « Model-Based System Engineering »

Tenir compte de la complexité de ces nouvelles mobilités émergentes et de l’innovation des systèmes ferroviaires de demain (tels le Train Autonome ou le Train Léger innovant) nécessite la mise au point de nouvelles méthodes d’ingénierie.

« L’ingénierie des systèmes complexes promue dans notre Groupe, c’est à la fois un langage, une méthode et des outils communs de modélisation, appelé en anglais Model-Based System Engineering (MBSE) », explique Marc Sango, chercheur au département Physique du Système Ferroviaire de la direction Technologies, Innovation et Projets Groupe de la SNCF. « Notre approche collaborative interdisciplinaire réunit les spécialistes du matériel roulant, du réseau et de l’exploitation qui travaillent au sein de SNCF Voyageurs et de SNCF Réseau. Tous font partie d’un groupe d’experts internes Synapses dédié à l’ingénierie des systèmes Complexes », poursuit le chercheur. « Cela nous aide à maîtriser l’effet papillon de l’évolution réglementaire. L'ingénierie des systèmes complexes permet, en effet, à nos experts d’identifier rapidement les conséquences – y compris financières - d’une modification, même anodine, à l’autre bout de la chaîne », ajoute Édouard Chabanier, responsable normalisation et réglementation et expert Synapses à la direction industrielle et ingénierie de SNCF Réseau.

Des standards communs pour avancer

Le langage commun ? Un idiome de modélisation partagé entre la SNCF, le constructeur, les industriels… Afin de réduire au mieux les risques et améliorer la qualité des produits. La SNCF se base, par exemple, sur le standard SysML et en particulier, son adaptation ARCML de la méthode ARCADIA. Cette dernière a notamment fait ses preuves dans d'autres secteurs de transport compétitifs comme l’avionique et l’automobile.

Dans le cas des projets Train Léger innovant, Draisy ou Flexy, les partenaires peuvent, grâce au langage commun, modéliser le train ou la navette et simuler le comportement du système (matériel roulant comme infrastructure) et ce, pour identifier les risques introduits par les nouvelles technologies avant de générer un cahier des charges.

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« Dérisquer » les nouvelles technologies

La méthode ? ARCADIA, une méthode standardisée par l’Association française de normalisation (AFNOR), qui place l'architecture système et la collaboration au centre de l'ingénierie des systèmes. Une vision qui permet de briser les silos entre les différentes ingénieries de spécialité (sécurité, sûreté et soutien logistique intégré) mais également, de favoriser leur collaboration.

Reste l’outil : Capella. Un logiciel en open-source supportant le langage et la méthode standardisée.

« Mais un langage, une méthode et un outil, ça ne suffit pas », prévient Marc Sango, « il faut aussi des bibliothèques de trames réutilisables et leur mode d’emploi pour faciliter une large adoption par les ingénieurs des métiers. » Et ce, pour optimiser les analyses de risques qui sont aujourd’hui réalisées « à la main » avec les outils bureautiques.

En somme, « dérisquer » les nouvelles technologies et identifier les usages qui créeront demain une véritable valeur pour le groupe. Beau programme en perspective.

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Notre approche collaborative interdisciplinaire réunit les spécialistes du matériel roulant, du réseau et de l’exploitation.

Marc Sango, chercheur au département Physique du Système Ferroviaire de la direction Technologies, Innovation et Projets Groupe de la SNCF

Trois questions à Marc Sango

Outre la promotion de technologies innovantes d'ingénierie système, vous travaillez à une meilleure collaboration européenne ?

Oui, nous tentons de régler les problèmes d’interopérabilité entre les pays dont les règles d’exploitation ne sont pas les mêmes. Nous travaillons ainsi avec la direction générale industrielle et ingénierie de SNCF Réseau au sein de la structure Shift2Rail et dans le cadre du projet LinX4Rail. Nous collaborons également avec la direction « Interopérabilité, normalisation & recherche Europe » du groupe SNCF au sein du programme ERJU/System Pillar. Via ces différentes initiatives, nous cherchons à établir de nouvelles normes européennes afin de dessiner l’architecture du système ferroviaire de demain. Et pour cela, nous adoptons des méthodes innovantes d'ingénierie système, comme le « Model-Based System Engineering ».

En savoir plus sur le projet LinX4Rail

En savoir plus sur le programme ERJU/System Pillar

Avec quels résultats ?

La SNCF est, par exemple, à l'initiative de la première version de modélisation de l’architecture du système ferroviaire et ce, en intégrant les autres sous-systèmes de « control-commande » et de signalisation. Pour une meilleure collaboration entre les différentes parties prenantes, la SNCF est aussi à l’origine de la proposition d’une plateforme commune européenne de modélisation de l'architecture système. Dans cette perspective, le programme Europe’s Rail est en train d'étudier les modalités d'acquisition et de déploiement d’une telle plateforme.

En quoi cela favorise-t-il les projets de la SNCF tels que le Train Autonome, et les projets Train Léger innovant, Draisy ou Flexy  ?

Au sein du programme Research4Future, nous travaillons à identifier et « dérisquer » les nouvelles méthodes et autres technologies émergentes. Notre objectif est ensuite de les disséminer au sein des programmes d’innovation du Groupe, mais également dans les activités de l’ingénierie du matériel ou de SNCF Réseau. D’ailleurs, nous sommes en train de réaliser un PoC (preuve de concept, démonstration de faisabilité, NDR) avec l’équipe « Train fret autonome » afin d’exploiter le modèle MBSE du projet pour optimiser les analyses de risques grâce à une nouvelle méthode : Model Bases Safety Analysis (MBSA).

Nos partenaires

  • partenaires internes : les départements de la direction Technologies, Innovation et Projets Groupe (Tech4Rail et Tech4Mobility), les métiers de SNCF Réseau avec la direction générale Industrielle et Ingénierie (DGII) et SNCF Voyageurs en particulier la direction de l’Ingénierie du matériel et le Centre d'ingénierie du matériel (CIM).
  • partenaires externes : l’INCOSE (International Council on System Engineering) et l’AFIS (Association française d'ingénierie système).
  • partenaires académiques : CentraleSupélec de l'Université Paris Saclay dans le cadre de la chaire mécénale « Risques et résilience des systèmes complexes » (RRSC) avec deux autres opérateurs d'infrastructures critiques EDF et Orange. Le laboratoire du génie industriel de l'école, également impliqué dans la chaire FlexTech de l'école d'ingénieurs ESTIA.