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Système Expert et outil de simulation
L’intelligence artificielle (IA) a pour ambition d’automatiser les divers mécanismes de raisonnement utilisés par l’être humain. Le raisonnement, en général, permet de trouver la solution d’un problème en enchaînant une succession d’étapes, les points de départ de chaque étape étant les résultats des étapes précédentes. La technique la plus utilisée, pour conduire un raisonnement de façon automatique, consiste à manipuler des systèmes à base de connaissances. Dans le cadre d’IISIBât, l’objectif consiste à voir dans quelle mesure il est possible d’améliorer la productivité de l’utilisateur d’un code de calcul (TRNSYS pour ce qui nous concerne), notamment en utilisant des techniques d’IA. Ces techniques doivent pouvoir automatiser certaines des étapes conduisant à simuler correctement un problème de thermique du bâtiment Le paragraphe 3-1 est consacré à l’analyse du processus global de conception d’un projet de bâtiment. Le paragraphe 3-2 montre qu’il est possible d’automatiser la conception de systèmes thermiques dans le cadre de IISIBât/TRNSYS, en utilisant des techniques classiques de raisonnement, fondées sur le raisonnement logique formalisé par les règles de production. Le paragraphe 3-3 est consacré aux différents courants de pensée novateurs comme le raisonnement par analogie ou le raisonnement distribué. 3-1 Positionnement par rapport au processus global de conception H n’est pas dans notre objectif de proposer un environnement informatique qui automatise toutes les phases du processus de conception d’un projet de bâtiment, il s’agit plutôt de concevoir des outils permettant de faciliter, voire d’automatiser certaines tâches qui entrent dans ce processus de conception. Pour ce qui concerne la conception des équipements des bâtiments (quels qu’ils soient : chauffage, climatisation, VMC,…), la démarche est toujours la même : – formulation du problème à résoudre en termes d’objectifs à atteindre, de données disponibles, de solutions partielles et de contraintes (techniques, juridiques…) ; l’énoncé du problème diffère selon le type d’utilisateur, dans la plupart des cas cet énoncé est posé soit de manière incomplète soit de manière inadaptée à l’environnement de simulation ; – proposition de plusieurs principes d’installation (ou de plusieurs installations) possibles ; cette étape est généralement effectuée grâce à la manipulation dé connaissances expertes, propres aux bureaux d’études ; – comparaison des solutions et choix d’une installation. La formulation d’un problème Dans le cadre du bâtiment, la formulation d’un problème s’exprime au minimum par trois questions ; la première définit le contexte de la simulation et vise dans la plupart des cas : – soit un objet physique (pompe, capteur solaire par exemple) ; – soit un sous-système physique, pouvant représenter un début de solution ; – soit un système physique complet (l’objectif de la simulation dans ce cas peut consister à visualiser l’incidence d’un paramètre sur le comportement du système). La définition du contexte de la simulation va permettre une décomposition d’un système thermique complexe en composants élémentaires, et de relier chaque composant à un module existant dans TRNSYS. Pratiquement, ce lien est établi à l’aide d’une numérotation (n° du type TRNSYS), qui permet de relier le composant identifié par l’utilisateur (ou par 1″ESI) au modèle approprié existant dans la bibliothèque TRNSYS. Prenons l’exemple suivant : l’utilisateur veut créer un assemblage qui représente « une installation solaire de production d’eau chaude ». Il a le choix entre deux stratégies : – l’utilisateur décompose son installation ; il a besoin de quatre modules essentiels, qui sont, un capteur solaire (type 1), un régulateur (type 2), une pompe (type 3), et un ballon de stockage (type 4) ; il a aussi besoin de deux utilitaires, qui sont, un lecteur de données (type 9), et un processeur d’ensoleillement (type 16) ; – l’utilisateur cherche dans la bibliothèque un module représentant une installation solaire de production d’eau chaude, déjà prête à l’utilisation (type 23). La deuxième question vise les données disponibles (origine, forme, date de réalisation), et les données dont a besoin l’utilisateur pour traiter ses problèmes. Il s’agit pour l’utilisateur d’établir le lien entre les données disponibles et les données nécessaires à la conduite de la simulation. Parfois, établir ce lien n’est pas direct et nécessite le développement de modules spécifiques : par exemple, supposons que l’utilisateur dispose d’un module modélisant le bâtiment en réseau [LARET 1-89], avec une interaction entre le rayonnement extérieur et le bâtiment par le biais d’affectation de puissances thermiques sur des nœuds de surface ; supposons aussi que l’utilisateur dispose de données telles que des irradiations totales et diffuses horizontales ; pour pouvoir transformer ces irradiations en puissances thermiques, il devra alors introduire dans la modélisation de son système, un module solaire qui effectue les calculs des puissances solaires à affecter sur les nœuds capacitifs [EL HASSAR 90]. La troisième question consiste à définir l’objectif de la simulation : il s’agit en fait de définir les variables, appelées quantificateurs, qui permettent d’évaluer si l’objectif de la simulation est atteint ou non ; ces quantificateurs, une fois identifiés, vont guider l’utilisateur dans le choix des modules : ces modules seront choisis, soit parce qu’ils possèdent les quantificateurs comme variables de sortie, soit parce qu’ils possèdent des variables permettant de calculer les quantificateurs. Prenons l’exemple suivant ; l’objectif de l’utilisateur consiste « à vérifier si, dans un bâtiment, la concentration de certains polluants (N02, C02, S02) est acceptable pour les occupants ». L’assemblage constituant la solution à ce problème devra être composé d’utilitaires qui calculent le taux de polluant absorbé par un occupant, et de modèles qui traitent du transport des polluants au sein d’un bâtiment Un ESI doit donc proposer ces utilitaires et ces modèles à l’utilisateur, par exemple en les instanciant de façon automatique dans le panneau d’assemblage. On voit bien que, dans le cadre d’un système d’aide à la décision, la formulation du contexte de la simulation, d’un objectif de simulation, des données disponibles peut être utile pour automatiser certaines tâches, comme le choix des modèles ou des utilitaires, encore faut-il que 1TIÏSI comprenne ce qu’exprime l’utilisateur. Pour y arriver, le langage utilisé par le système doit se rapprocher le plus possible de celui employé par les utilisateurs ; la difficulté réside dans le fait qu’un outil logiciel est destiné à des catégories socioprofessionnels différentes, qui n’utilisent pas forcément la même terminologie, ni les mêmes unités ; pour contourner ce type de problème, on peut être amené à constituer des « dictionnaires » (thesaurus), établissant des correspondances terminologiques. Chapitre 3 : Système Expert et outil de simulation 88 Le choix d’une installation Afín d’opter pour une installation, les bureaux d’études passent par les étapes suivantes : – vérification dans un premier temps que les installations, solutions possibles du problème posé, sont conformes aux cahier des charges ; – comparaison des différentes installations, comparaison exprimée en termes de coûts initiaux et de coûts de fonctionnement ; le choix final d’une installation est fonction des résultats de cette comparaison. La simulation numérique va permettre d’affiner la comparaison entre les différentes installations, elle va surtout permettre de garantir les solutions, notamment en permettant une estimation assez précise des coûts de fonctionnement Pour pouvoir exploiter numériquement chaque solution (exprimée en termes d’installation ou de principe d’installation), les tâches suivantes doivent être réalisées : – traduire les principes d’installation en termes compréhensibles par l’outil de simulation (modules, liaisons entre modules, connexions entre variables, valeurs numériques des paramètres) ; – compléter l’assemblage pour le rendre opérationnel dans le cadre de l’outil de simulation (introduction des cartes de contrôle, modification de la valeur de certains paramètres, introduction de modules) ; à l’issue de cette étape, le fichier permettant la simulation (fichier DECK pour TRNS YS) est généré ; – simuler l’assemblage obtenu, en faisant varier les paramètres sensibles, c’est à dire ceux qui ont une importance dans le cadre du projet La figure 3-1 résume les différentes phases du processus de conception que nous venons de décrire en détail. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes restreints à proposer de l’aide à l’utilisateur, à partir du moment où il connaît une partie de son assemblage, c’est à dire à partir du moment où il a constitué un macro-modèle (cf. modules « Aide » sur la figure 3-1).
Automatisation de la conception de systèmes thermiques
• Logique des propositions Afin que l’outil de simulation TRNS YS fonctionne, il faut mettre en place un diagramme de flux, c’est à dire définir les modules à utiliser ainsi que les connexions entre les variables d’entrées et les variables de sorties (cf. S 1-4-1). Dans l’univers TRNSYS, certaines liaisons n’ont pas de sens, comme par exemple lier directement un module « mur » avec un module « régulateur ». De plus U n’existe pas de structure de contrôle qui assure à l’utilisateur la pertinence d’une liaison. D s’agit de voir dans quelle mesure il est possible d’automatiser l’étape du processus de modélisation/simulation, qui consiste à rechercher les modules les mieux adaptés au problème posé. Cette recherche doit aboutir à la mise en place d’un ou plusieurs systèmes thermiques qui pourront satisfaire les exigences des utilisateurs.
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