The need of diagrams based on Toulmin schema application: an aeronautical case study

In this article, Justification Diagrams are introduced for structuring evidence to support conclusions that are reached from results of simulation studies. An industrial application is used to illustrate the use of the Justification Diagrams. Adapted from the Toulmin schema, the aim of Justification Diagram is to define a comprehensive, auditable and shareable notation to explain the results, the input data, the assumptions made and the techniques applied, to construct a cogent conclusion. Further, the Justification Diagrams provide a visual representation of the argument that aims to corroborate the specified claims, or conclusions. A large part of this work is based on the application of the Justification Diagrams in the context of the European project, TOICA. The Justification Diagrams were used to structure all justifications that would be needed to convince an authority that a simulation process, and the associated results, upheld a particular conclusion. These diagrams are built concurrently in a product development process that accompanies the various stages of Verification and Validation (V&V) and where, for each design stage of V&V, argumentation is constructed by aggregating evidence and documents produced at this design stage

Une conception pour une production efficace, une approche basée modèles

International audienceThe concept of simultaneous engineering has been used for several years in the industry. However, it rarely aims to think the design of the product and the design of its industrial system (the factory) together. In this paper, we address the need to have a global view of architectural design and manufacturing throughout the entire design process. More precisely, we define a model-based approach which makes it possible to evaluate the impact of a product design on its manufacturability. This approach constitutes a first step, in a long-term perspective, to consider several high-level industrial systems and product designs together and choose the one that gives the best performances.Le concept d'ingénierie simultanée est utilisé depuis plusieurs années dans l'industrie. Cependant, il vise rarement à penser ensemble la conception du produit et la conception de son système industriel (l'usine). Dans cet article, nous abordons la nécessité d'avoir une vision globale de la conception architecturale et de la fabrication tout au long du processus de conception. Plus précisément, nous définissons une approche basée sur un modèle qui permet d'évaluer l'impact de la conception d'un produit sur sa faisabilité. Cette approche constitue une première étape, dans une perspective à long terme, pour considérer ensemble plusieurs systèmes industriels de haut niveau et plusieurs conceptions de produits afin de choisir celui qui donne les meilleures performances

Numerical simulation of turbulence interaction noise applied to a serrated airfoil

International audienceTurbulent wakes generated by turbofan blades and interacting with the outlet guide vanes are known to be mainly contributing to broadband noise emission of aero-engines at approach conditions. Analytical approaches, such as the well-known Amiet model can be adopted to estimate the noise generated by turbulent flows impacting thin airfoils, but they are limited by the flat-plate assumptions. The development of numerical methods allowing more complex geometries and realistic flows is required. The method described in the present paper, is based on a CAA code solving the nonlinear Euler equations. The upstream turbulence is synthesized from a stochastic model and injected into the computational domain through an adapted boundary condition. It is first validated in 2D and 3D against academic flat plate configurations by comparison with Amiet solutions (exact in such cases). Then, 3D computations are applied to simulate the effect of a passive treatment (leading edge serrations) aiming at reducing turbulence interaction noise of an isolated airfoil studied in the framework of European project FLOCON. First calculations on baseline conditions are shown to be able to reproduce the measured spectra and far-field directivities, and the acoustic performances of the serrations (3-4 dB PWL reduction) are fairly well assessed too

Turbulence-airfoil interaction noise reduction using wavy leading edge: an experimental and numerical study

International audiencePassive treatments aiming at reducing turbofan broadband noise have been recently studied in the framework of European Project FLOCON. A concept based on a sinusoidal variation of the leading edge of a single airfoil aiming at reducing interaction noise has been investigated by ONERA. Turbulence-airfoil interaction mechanism is achieved using a turbulence grid located upstream of a NACA airfoil tested in ISVR anechoic open wind tunnel. High noise reductions are obtained (3-4 dB) for all studied flow speeds. Moreover, aerodynamic performances are shown to be slightly increased by the treatment that tends to reduce the drag without modify the mean loading. Experimental work is supplemented by numerical simulations using Large Eddy Simulations (LES) and direct Euler approaches to predict the acoustic response of the wing. LES is chained to a FWH (Ffowcs-Williams and Hawkings) integral to assess the radiated field. Isentropic turbulence is synthetically injected by means of a suited inflow boundary condition. Present computations are focused on the reference case (without treatment). Numerical predictions are compared to the experiment, and to analytical solutions issued from Amiet theory

Introduction

International audienceLa conception de systèmes passe d'ordinaire par une étape de modélisation, c'est-à-dire de cartographie des éléments, des ensembles et des flux permettant de saisir les relations qui régissent la systémique informationnelle. On retrouve également d'autres étapes de modélisation, ou d'utilisation de modèles, dans les différentes phases du cycle de vie d'un système : dans le cas notamment de sa construction (analyse des besoins, spécification fonctionnelle, conception), de sa maintenance (correction, évolution, réingénierie) et parfois même de son utilisation. Si ces différents systèmes sont souvent hétérogènes, structurés suivant plusieurs dimensions métiers et conséquemment de grande taille, force est de remarquer qu'ils atteignent aujourd'hui un seuil critique 1. Dès lors, à considérer qu'elle demeure opérante, la modélisation canonique des systèmes actuels souffre de n'être plus tout à fait efficiente. Nous soutenons que ce qui ferait ici sévèrement défaut ce ne sont pas, à proprement parler, les langages de modélisation eux-mêmes mais bien plutôt les représentations visuelles afférentes. En d'autres mots, si les logiques propres aux langages classiquement usités (tels qu'UML et BPMN) ne s'en trouveraient pas foncièrement remises en cause, ce serait bel et bien ici leurs syntaxes qui appelleraient des révisions et amendements majeurs. De ces modèles, il pourrait devenir presque impossible d'en retirer une lecture et compréhension claire ainsi qu'une vision globale ou vue d'ensemble. Or, les concepteurs élaborent des modèles sur lesquels ils sont a m e n é s à raisonner, formulant entre autres nombre d'inférences. Ils les définissent, les construisent puis les font varier, évoluer au gré de nouvelles expressions de besoins fonctionnels, au rythme du renouvellement des organisations et processus métiers dans l'entreprise par exemple 2. Ces changements et évolutions sont inéluctables et constituent la vie même de tout système. Les modèles existants ont été pensés et élaborés pour y répondre, s'y adapter. Reste que pour procéder à ces changements et transformations, le concepteur doit d'abord résoudre la simplification du phénomène ou cas étudié, statuer sur ce qui doit être tantôt amendé, changé tantôt enrichi, complété. Pour ce faire, il ne peut se couper d'une appréhension élargie du ou des modèles concernés. Malheureusement, c'est à cet endroit précis que des écueils se dressent désormais ; il en va là d'importants problèmes persistants relevant de la gestion des modèles autant que de la gérance des informations qu'ils contiennent. 1. Ce seuil se voit marqué principalement par une complexité élevée des systèmes, des quantités d'éléments inter-reliés devenues presque incommensurables, une très forte hétérogénéité des informations de nature extrêmement diverses, etc. 2. Mais aussi selon bien d'autres conversions encore

Thinking aircraft design and its production system design together

In the design of complex objects, such as aircraft, the definition of the means of production usually begins after the definition of the product. In other words, the product specifications define the requirements for its production system (factory, assembly line, tools, etc.). The limitation of this approach is that the production system can inherit blocking constraints that might easily be removed by changing the design of the product. Moreover, designing an object on the basis that it will be manufactured as usual, without thinking about an associated means of production, does not allow us to take full advantage of new manufacturing means such as robotics or additive manufacturing. Indeed, these new means can open up new possibilities for aircraft design optimization while imposing constraints (like size of what can be printed, materials used, space for the robots, etc.). For all these reasons, it is necessary to integrate manufacturability as soon as possible in the development cycle and, in doing so, to have a holistic design approach

Validation, Accreditation or Certification : a New Kind of Diagram to Provide Confidence

International audienceThe aim of argumentation tree diagram is to organize and visualize, in a synthetic way, all key elements proving the validity of a product’s property. The argumentation tree does not represent the process, but gives the rational behind all Verification & Validation (V&V) documents. In fact, it lists and organizes necessary evidence in a development life cycle. But the validity of the final assessment requires the validation and the identification of the evidence of each intermediate step. So, in this article, we introduce a generic argumentation pattern and its derivations whose support a rational organization of all V&V evidence at each step. This pattern stems from legal science and argumentation theory legacies, and it is the basic building block for the argumentation tree construction.Le but des arbres de l’argumentation est d’organiser et de visualiser, de manière synthétique,les principaux éléments prouvant la validité d’une propriété pour un produit. Un arbred’argumentation ne représente pas un processus, il organise et donne à voir la rationalité sousjacente à l’ensemble des documents de Vérification & Validation (V&V). En fait, un arbre d’argumentation répertorie et structure tous les éléments de preuve nécessaires dans un cycle dedéveloppement. Mais, la validation d’un arbre d’argumentation passe nécessairement par lavalidation et l’identification des éléments de preuve de chaque étape unitaire, de chaque étapeintermédiaire, incluse dans l’arbre. Par conséquent, dans cet article, nous présenterons un modèled’argumentation générique et ses dérivés qui permettent de structurer de façon logique tousles éléments de V&V pour chaque étape. Ce patron est issu de travaux provenant des scienceslégales et des théories de l’argumentation et il est l’élément de base pour la construction desarbres d’argumentation

Vérification, validation, certification : approches formelles et informelles pour établir la correction des artefacts et des logiciels

Le présent manuscrit s’attache à donner une vue globale des travaux concernant les approches formelles et les approches informelles permettant d’établir la correction d’artefacts techniques, en général, et de logiciels, en particulier. L’établissement de cette correction s’inscrit dans ce que l’on nomme la vérification, la validation et la certification.Tous ces travaux se sont déroulés dans le cadre de projets et de partenariats industriels, comme les projets européens CRESCENDO et TOICA, des projets avec la Direction générale de l’Aviation civile (DGAC) et des partenariats avec la société Airbus. Si la majorité de ces travaux ont été réalisés dans le domaine aéronautique, et plus précisément dans les systèmes avioniques embarqués, ils ont aussi été appliqués au domaine médical.Une partie des résultats exposés ici s’inscrivent dans le cadre de deux thèses CIFRE réalisées par Anthony Fernandes Pires et Clément Duffau, thèses que j’ai co-encadrées. La première, réalisée en partenariat avec la société Atos, portait sur la vérification de programmes à l’aide d’une combinaison de méthodes formelles et d’Ingénierie dirigée par les Modèles. En ce qui concerne la deuxième, réalisée en partenariat avec la société Axonics, elle cherchait à définir un processus partant de l’élicitation d’exigences de justification pour aller jusqu’à leur production.Ces travaux ont été validés par des publications scientifiques, notamment dans les conférences CSCWD 2011 (best paper award) [150], CAISE 2013, 2015 et 2018 [53, 56, 65], MODELS 2013 [77], RCIS 2016 [148], ER 2017 [151], ICAPS 2018 [156] et dans le journal EURO Journal on Decision Processes [153].Concernant l’organisation de ce manuscrit, nous avons choisi une approche non chronologique avec un découpage suivant la dichotomie formelle / informelle. Dans le premier chapitre, nous montrerons que, dans un contexte historique de division du travail et de complexification des artefacts, la nécessité d’établir la correction de tout ce qui est produit s’impose d’elle-même. Par ailleurs, nous chercherons aussi à préciser notre vocabulaire et plus précisément les termes :artefact technique, vérification, validation, accréditation et certification. Le deuxième chapitre porte sur les approches formelles permettant d’établir la correction d’un artefact. Ainsi, nous verrons qu’il est possible d’utiliser des formalismes mathématiques et des ordinateurs afin d’établir automatiquement des preuves de correction. Cependant, tout ne pouvant se ramener à une forme formelle, nousverrons dans le troisième chapitre les avantages que nous pouvons tirer des travaux issus de l’argumentation pour organiser les justifications permettant d’établir la correction d’un artefact. Pour finir, le dernier chapitre est dévolu aux perspectives avec, d’une part, des perspectives s’inscrivant directement dans la continuité des travaux présentés dans ce manuscrit et, d’autre part, des perspectives concernant de nouveaux domaines de recherche pour lesquels j’ai déjà eu l’occasion de mener quelques travaux (concevoir des artefacts complexes fabricables, aider leschoix collaboratifs et les représentations cognitivement efficaces pour les modèles complexes)

: Justification diagram. A new kind of diagram for validation, accreditation and certification

International audienceThe aim of justification diagrams is to organize and visualize, in a synthetic way, all key elements proving the validity of a product’s property. A justification diagram does not represent the process, but gives the rational behind all Verification & Validation (V&V) documents. In fact, it lists and organizes necessary evidence in a development life cycle. But the validity of the final assessment requires the validation and the identification of the evidence of each intermediate step. So, in this article, we introduce a generic argumentation pattern and its derivations whose support a rational organization of all V&V evidence at each step. This pattern stems from legal science and argumentation theory legacies, and it is the basic building block for the justification diagram construction.Le but des diagrammes de justification est d ’organiser et de visualiser, de manière synthétique, les principaux éléments prouvant la validité d’une propriété pour un produit. Un diagramme de justification ne représente pas un processus, il organise et donne à voir la rationalité sous-jacente à l’ensemble des documents de Vérification & Validation (V&V). En fait, il répertorie et structure tous les éléments de preuve nécessaires dans un cycle de développement. Cependant, la validation d’un diagramme de justification passe nécessairement par la validation et l’identification des éléments de preuve de chaque étape unitaire, de chaque étape intermédiaire, incluse dans le diagramme. Dans cet article, nous présenterons un modèle d’argumentation générique et ses dérivés qui permettent de structurer de façon logique tous les éléments de V&V pour chaque étape. Ce patron est issu de travaux provenant des sciences légales et des théories de l’argumentation et il est l’élément de base pour la construction des diagrammes de justification