Collaborative design and decision support for mechatronic systems : Establishment of a formal framework.

Les systèmes mécatroniques sont définis comme étant une intégration synergique de la mécanique, l’électronique et l’informatique assistée par des stratégies de contrôle. Cette variété de disciplines rend la tâche de développement de ces systèmes de plus en plus complexe et difficile. Pour répondre à cette complexité, les différentes disciplines d’ingénierie ont besoin de collaborer dynamiquement afin d’échanger leurs connaissances et garantir le développement d’un système cohérent et robuste.Cependant, uniquement les connaissances qui contribuent à atteindre les objectifs du projet doivent être échangées. Ces connaissances interviennent dans le but de gérer des problèmes donnés et le risque de leur perte est considéré comme important. On appelle ces connaissances "connaissances cruciales". Durant le partage de ces connaissances, des conflits interdisciplinaires sont susceptibles de se produire et doivent être résolus pour obtenir un système cohérent. De plus, différentes alternatives ou architectures de conception pour le même système sont proposées. Ceci implique la nécessité d’une évaluation de ces alternatives selon des critères bien précis afin de converger vers l'architecture la plus satisfaisante aux regard des exigences imposées. Tenant compte de la nature pluridisciplinaire des systèmes mécatroniques et l'hétérogénéité des modèles métiers impliqués dans la collaboration, un cadre formel est nécessaire de manière à partager les connaissances cruciales. Cette formalisation permettra l'identification des connaissances cruciales et la gestion des conflits qui peuvent survenir.Dans ce contexte, la théorie des catégories (TC) est susceptible d'être un cadre efficace de formalisation. Cette théorie a récemment fait l'objet de nombreux travaux dans le domaine de la conception collaborative et de l'ingénierie système. Motivés par le formalisme de la théorie des catégories, nous proposons une nouvelle approche pour harmoniser la collaboration durant la conception mécatronique en se basant sur les connaissances de granularité fine. Notre méthodologie, nommée Category Theory-based Collaborative Design and Decision-making (CaTCoDD), permet d'identifier les connaissances cruciales en s'appuyant sur la théorie des catégories. Cette théorie est utilisée dans le but de localiser ainsi que gérer les conflits. L'approche proposée permet également la comparaison entre différentes architectures du système. Finalement, un démonstrateur est mis en oeuvre sur un scénario de conception d'un actionneur électromécanique d'aileron afin de valider notre approche.Mechatronic systems are defined as a synergistic integration of mechanical, electronics and computer supported by control strategies. This variety of disciplines makes the development task complex and challenging. To address this complexity, the different engineering disciplines need to collaborate dynamically to exchange knowledge and ensure the development of a coherent and robust system.However, only knowledge that contribute to achieving the project objectives should be exchanged. Such knowledge is used to solve problems and the risk of losing it is considered important. We call the most important knowledge "crucial knowledge". During knowledge sharing, interdisciplinary conflicts are likely to occur and must be resolved to obtain a coherent system. Furthermore, different design alternatives or architectures for the same system are proposed. This implies the need to evaluate these alternatives according to specific criteria in order to find the architecture that best meets the requirements. Considereing the multidisciplinary nature of mechatronic systems and the heterogeneity of the expert models involved in the collaboration, a formal framework becomes necessary in order to unify and formalize these expert models. This formalization will allow the crucial knowledge identification and conflict management.In this context, category theory (CT) is likely to be an effective formalization framework. This theory has recently been the subject of much work in the field of collaborative design and systems engineering. Motivated by the category theory formalism, we propose a new approach to harmonize collaboration during mechatronic design based on fine granularity knowledge. Our approach, called "Category Theory-based Collaborative Design and Decision-making" (CaTCoDD), allows the identification of crucial knowledge based on category theory. This theory is used for conflict detection and resolution. The proposed approach also deals with the evaluation of different system architectures. Finally, a demonstrator is implemented on an electromechanical actuator (EMA) of an aileron in order to validate our approach