Stage: jumeaux numériques « cyber-by-design » pour l’aide à la prise de décision en phase d’ass[...]

CONTEXTE DU STAGE:

Au sein de l’Institut de Recherche Technologique SystemX, situé au cœur du campus scientifique d’excellence mondiale de Paris-Saclay, vous prendrez une part active au développement d’un centre de recherche technologique de niveau international dans le domaine de l’ingénierie numérique des systèmes. Adossé aux meilleurs organismes de recherche français du domaine et constitué par des équipes mixtes d’industriels et d’académiques, ce centre a pour mission de générer de nouvelles connaissances et solutions technologiques en s’appuyant sur les percées de l’ingénierie numérique et de diffuser ses compétences dans tous les secteurs économiques.

Vous serez encadré par un ingénieur-chercheur SystemX du domaine Interaction Humain-IA.

Vous travaillerez au sein du projet SystemX JNI5 (Jumeaux numériques des systèmes industriels) qui vise à définir des jumeaux numériques capables d’acquérir des données en temps réels afin de contribuer à la gestion de la R3 des systèmes complexe technico organisationnel et d’augmenter les capacités du système. La R3 fait référence aux trois propriétés non fonctionnelles suivantes : Reliability (Fiabilité), Robustness (Robustesse), Resilience (Résilience). Les partenaires industriels du projet sont Safran Aircraft Engine, Sherpa Engineering, Orange, Trialog et le partenaire académique est l’ENS Paris Saclay

PRÉSENTATION DU SUJET:

Le concept de jumeau numérique (JN) a été introduit et de plus en plus utilisé dans l'industrie manufacturière et la maintenance industrielle [1-3]. Le jumeau numérique est une représentation virtuelle et en temps réel de systèmes ou de composants, utilisé pour simuler son comportement réel et, ainsi, améliorer les activités de fabrication et de maintenance [4]. Il peut représenter les performances, les opérations, l'environnement, la géométrie du produit et l'état des ressources sur la base des données collectées en continu, des mises à jour et des changements de sa contrepartie physique.

D’une part, dans le contexte de l’industrie 4.0, certaines approches [1] proposent une modélisation interopérable des « actifs », c’est-à-dire des produits, machines, services ou jumeaux numériques afin de faciliter l’échange et l’intégration de données dans l’IIoT. Actuellement, plusieurs plateformes IIoT utilisent des modèles d'information propriétaires aux principes similaires, mais sans s’appuyer sur un standard commun, ce qui limite l’interopérabilité.

Dans ce contexte particulier, le stagiaire interviendra sur les problématiques de Safran Aircraft Engine (SAE) sur le Jumeau Numérique. Dans le cadre de la production de ses moteurs LEAP (Leading Edge Aviation Propulsion), SAE réfléchit à développer une solution de Jumeau Numérique en s’appuyant sur leur base de connaissances métiers concernant le développement de ces moteurs. Cette spécification de JN repose sur différents éléments liés aux contraintes R3, à la réactivité et à d’autres exigences attendues. Parmi ces exigences, on trouve notamment des contraintes liées à la sécurité des données et de leur gestion (accès régi par le «besoin d’en connaître» selon la sensibilité de la donnée), qui est un enjeu-clé dans le contexte industriel de SAE. Pour aider à traiter ces problématiques de cybersécurité au bon niveau, la mise en place d’une architecture «Zero-Trust» (ZTA) peut représenter un intérêt.

Objectif du stage :

L’objectif peut être résumé de la manière suivante:

* Aider à la conception d’un Jumeau numérique pour l’aide à la décision pendant la phase d’assemblage sur des données métiers hétérogènes (tabulaires, 3D, etc.)
* Contribuer à la réflexion sur la gestion de données sensibles dans un jumeau numérique. Ceci passe notamment par les activités suivantes:
* Contribuer à définir et implémenter des services de (re-)configuration de la gouvernance de données pour le jumeau numérique
* Contribuer à définir et implémenter des politiques d’accès, de (re-)configuration et déploiement dans une architecture ZTA
* Contribuer à l’intégration des composants de désensibilisation dans un jumeau numérique

On désigne par aide la décision la capacité du jumeau numérique à anticiper les problèmes dès la conception avant de passer à l’assemblage.

Travail attendu:

Les travaux attendus sont de nature recherche appliquée, allant de la recherche bibliographique à l’implémentation.

Phase d’état de l’art

Une première phase concerne la réalisation de l’état de l’art, pour assurer une bonne compréhension des thématiques, notamment sur les aspects suivants:

* L’architecture de cybersécurité’’Zero-Trust Architecture’’
* Approches de modélisation des jumeaux numériques industriels, basées sur des modèles sémantiques ou non, en vue d’assurer l’interopérabilité

Elle s’accompagnera également sur une analyse des dernières productions scientifiques et techniques de SystemX sur le sujet des jumeaux numériques industriels.

Phase conceptuelle

En phase conceptuelle, on s’appuiera sur les connaissances et compréhensions forgées lors de la réalisation de l’état de l’art pour mener à bien les activités suivantes:

* Identifier le besoin en termes de jumelage des données et des objectifs métier
* Cartographier les ressources et données à jumeler dans le JN
* Identifier le besoin en termes de désensibilisation des données et définition des politiques d’accès fines aux données modélisées du JN
* Aide à la prise de décision pendant la phase d'assemblage
* Vérifier qu'on a les mêmes interfaces (surface de contact entre pièce) & le même encombrement pour pouvoir faire l'assemblage
* Identifier le besoin en termes de traitement, adaptation et visualisation des données 3D
* Concevoir une politique d'accès au jumeaux numériques, en adéquation avec l’architecture ZTA mise en place.

Phase d'Implémentation

Enfin, en phase d’implémentation, on réalisera les activités suivantes:

* Évaluer la capacité de la plateforme JNI à répondre au besoin
* Identifier les adaptations nécessaires et instancier le cas d'usage suivant notre méthodologie outillée:
* Modélisation des données sur base d’un format standardisé de l’I4.0 ou orienté graphe sémantique
* Composant de cyber sécurité basé sur l'architecture ZTA
* Composant d'intégration des données
* Composant d'orchestration de scénario What-if
* Implémenter le jumeau numérique sur nos outils, en prenant en compte les contraintes suivantes:
* Description du JN sur base du format ou standard choisi
* Niveau de synchronisation des données souhaité
* Workflow d'aide à la prise de décision pour valider une décision pendant la phase d'assemblage
* Adaptation d'un exemple d'objet 3D et visualisation du JN sur le composant 3D de la plateforme

Voir possibilité d'automatiser ce process pour la totalité des JN instanciés

PROFIL ET COMPÉTENCES:

Compétences souhaitées:

* Ingénierie logicielle, avec connaissance Cyber (OpenID, ZTA, …)
* Connaissance des jumeaux numériques
* Expérience en développement Web (HTML/CSS, VueJS, Java, Python)
* Appétence pour la recherche appliquée
* Compétences CAO

Aptitudes personnelles :

* Bon relationnel,
* Curiosité, esprit d’initiative, capacité d’analyse et rigueur,
* Autonomie, travail collaboratif

Références bibliographiques sur le sujet:

[1] Abdelhadi Belfadel, Stephen Creff, Amira Ben Hamida. Advancing Industrial Digital Twins: Towards An Open Platform Aligned with Standards. 21st International Conference on Product Lifecycle Management, Jul 2024, Bangkok, Thailand. ⟨hal-04612160⟩

[2] Leng, J., Wang, D., Shen, W., Li, X., Liu, Q., Chen, X.: Digital twins-based smart manufacturing system design in industry 4.0: A review. Journal of manufacturing systems 60, 119–137 (2021)

[3] Tao, F., Qi, Q., Wang, L., Nee, A.: Digital twins and cyber–physical systems toward smart manufacturing and industry 4.0: Correlation and comparison. Engineering 5(4), 653–661 (2019)

[4] Jiang, Y., Yin, S., Li, K., Luo, H., Kaynak, O.: Industrial applications of digitaltwins. Philosophical Transactions of the Royal Society A 379(2207), 20200360 (2021)

Capacité de s’adapter aux changements et d’être force de proposition

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