Les systèmes cyber-physiques

Les systèmes cyber-physiques

 Un système cyber-physique en anglais « cyber-physical system », en bref on l’appelle CPS : est un système ou où des éléments informatiques collaborant pour le contrôle et la commande d’entité physique .Une génération de précurseurs des systèmes cyberphysiques est très importante donc elle peut être trouvée dans plusieurs domaines comme l’automobile, aéronautique, les processus chimique, l’énergie, la santé, l’infrastructure civile, la fabrication, le transport, les divertissements et les appareils électroménagères ce qui peut être synthétisé par la ( Figure 1.1). Cette génération est comme systèmes embarqués. Dans se derniers l’accent tend à être plus, sur les éléments informatiques et moins sur les liens entre les éléments informatiques et physiques.La déférence entre les systèmes cyber physiques et les systèmes embarqués traditionnelle c’est que un cps est généralement conçu comme un réseau d’éléments informatiques en interaction avec des entrées et des sorties physiques au lieu de dispositifs autonomes en interaction [2]. Cette notion est étroitement liée aux concepts de la robotique et des réseaux de capteurs. Le développement dans les sciences et l’ingénierie permettront d’améliorer le lien entre les éléments de calcul et physiques, aussi faite une grande augmentation dans la capacité d’adaptation, l’autonomie, la fonctionnalité, l’efficacité, la fiabilité, la sécurité et finalement utiliser les systèmes cyber-physiques facilement. Ceci peut améliorer les capacités des systèmes cyber-physiques dans différentes dimensions on note  : -La réactivité : par exemple pour l’évitement des collisions. -La précision : par exemple de la chirurgie robotique -Travaille dans des environnements dangereux ou inaccessibles : par exemple pour le sauvetage, la lutte contre les incendies. -La coordination : par exemple pour le contrôle de la circulation aérienne dans le domaine militaire. – L’efficacité : par exemple pour les bâtiments à énergie positive. – L’augmentation des capacités humaines : par exemple pour les dispositifs de contrôle de santé personnels. Les systèmes cyber-physiques sont un des deux piliers de l’Industrie 4.0 [5]. Pour cela la National Science Fondation (NSF) les a identifiés comme domaines de recherche prioritaires et très importants [6]. Depuis la fin de 2006, la NSF et d’autres agences gouvernementales ont financé des ateliers sur les systèmes cyber-physiques[7]Le 1er juillet 2019 l’Union européenne a lancé le projet CPS4EU[16] qui contient les grandes entreprises (VALEO, THALES, TRUMPF, RTE, LEONARDO et SCHNEIDER ELECTRIC)

Les caractéristiques les plus importantes 

Les systèmes cyber-physique ont plusieurs caractéristiques comme Électronique, informatique, métrologie, automate, data fusion et mécanique en peut résumer tout ca dans la figure suivante : Chacune de ces caractéristiques est utilisée dans des cas différents : Le domaine Électronique : On cite : -L’intelligence interne – Circuits de protection (entre autres protection CEM) – Utilisation sous conditions difficiles. Le domaine Métrologie : On cite : -Haute précision de signaux – Réduction des incertitudes de mesure. Le domaine Informatique : On cite : -Connexion entre le monde physique et le monde numérique – Interconnexion entre les systèmes et à l’extérieur – Intégration dans le réseau de l’entreprise et aussi technologie de l’internet. Le domaine Automates : On cite : – Connexion aux logiciels d’automates les plus courants -Transfert seule des données appréciables et Transfert de données physique Fusion de données : On cite : – La Combinaison et le calcul de données de différentes sources – La Fusion de données multi-sensorielles. Le domaine Mécanique : On cite: -Boîtier robuste contre les perturbations -Résistance contre les chocs et l’intégration dans la machine

 Quelques exemples de développements de CPS 

Lorsque nous parlons de CPS nous devons parler tout d’abord de ses importants et utilisation dans les différents domaines (domaine d’automobile, aéronautique, l’énergie, la santé …ext) (parti précédente) . Donc comme une conséquence CPS ont fait l’objet de nombreux travaux de recherche lors de la dernière décennie, amenant assez régulièrement jusqu’au niveau du développement de prototypes fonctionnels. Dans ce qui suit nous essayons d’énumérer quelques exemples de développement. Exemple 1: Au début, les premières applications des CPS se sont basées sur les appareils de type « smartphone » pour déployer les applications. De ce fait, les applications d’assistance à la personne se sont développées, et particulièrement celles basées sur l’aide médicale. La vision de la « santé connectée » a pris de l’étalement ces dernières années, étalement grâce à l’essor de technologies connexes telles que les réseaux sans fil ou les capteurs. Ceci a permis le développement d’Equipements de Santé Personnels (Personal Health Devices (PHD)) qui visent à récupérer puis partager de l’information sur un réseau local ou Internet, tel que celui présenté sur la Figure 1.4 (Santos et al., 2015).

Exemple 2 : Les CPS ont également de nombreuses applications dans le domaine de l’énergie (génération, distribution, consommation). Ces systèmes ont pour intérêt par exemple de diminuer les conséquences d’une défaillance.. Une ligne de 430km de long relie une turbine à vapeur d’eau à un bus infini. Le courant est mesuré de chaque côté de la ligne et est envoyé à un contrôleur central par le réseau. Ce contrôleur, par comparaison du courant sur les phases, détecte les éventuelles défaillances et agit sur les coupe-circuits, également via le réseau, ce qui constitue un CPS : {C2 ; Energy ; Full ; Ethernet} 

La modélisation des systèmes cyber-physiques 

 Les systèmes cyber-physique ou embarqués sont des systèmes intégrant du logiciel et matériel, inclus dans des objets ou des systèmes qui ne sont pas perçus comme des ordinateurs par leurs utilisateurs. La complexité croissante des systèmes informatiques entraîne des difficultés d’ingénierie pour les systèmes à base de composants, en particulier liées à l’optimisation, la validation et à l’analyse des performances et des exigences concernant la sûreté de fonctionnement. Des approches d’ingénierie guidée par des modèles sont de plus en plus utilisées dans l’industrie dans l’objectif de maîtriser cette complexité au niveau de la conception. Ces approches encouragent la réutilisation et l’automatisation du cycle de développement. Elles doivent être accompagnées de langages et outils capables d’assurer la conformité du système implémenté aux spécifications.

Architecture Dirigée par les Modèles 

 L’Architecture Dirigée par les Modèles

(Le Model Driven Architecture, MDA)[11]est une démarche de développement proposée par l’Object Managment Group (OMG) [12]. Elle permet de séparer les spécifications fonctionnelles d’un système des spécifications de son implémentation sur une plate-forme donnée. A cette fin, le MDA définit une architecture de spécifications structurée en modèles indépendants des plates-formes (Platform Independent Model, PIM) et en modèles spécifiques (Plateform Specific Model, PSM). L’approche MDA permet de réaliser le même modèle sur plusieurs plates formes grâce à des projections standardisées. Elle permet aux applications d’interopérer en reliant leurs modèles et supporte l’évolution des plates formes et des techniques. La mise en œuvre du MDA est entièrement basée sur les modèles et leurs transformations. Cette approche consiste à manipuler différents modèles de l’application à produire, depuis une description très abstraite jusqu’à une représentation correspondant à l’implantation effective du système. Le processus MDA se décompose en trois étapes principales, représentées sur la figure (1.6) : 1. la définition d’un modèle de très haut niveau, indépendant des contraintes d’implantation : le PIM peut être raffiné afin d’ajouter différentes informations non fonctionnelles telles que la 20 gestion de la sécurité ; ces informations demeurent indépendantes de la plateforme d’exécution qui sera effectivement utilisée ; 2. le PIM est ensuite transformé pour prendre en compte les spécifications propres à la plateforme d’exécution ; le nouveau modèle est appelé PSM; le PSM peut être également raffiné afin de prendre en compte différents paramètres liés à l’environnement d’exécution. 3. Le PSM est ensuite utilisé pour générer une application exécutable basée sur les spécifications à partir desquelles le PIM a été construit.