Ingénierie des systèmes dans l'industrie aérospatiale

L'ingénierie des systèmes est une partie essentielle de tout projet dans l'industrie de l'ingénierie; qu'il s'agisse de fabriquer un composant simple ou de concevoir un produit complexe tel qu'une voiture ou un avion. Des organisations bien établies telles que la NASA et BAE Systems insistent sur l'importance de l'ingénierie des systèmes pour répondre aux exigences et réussir les missions et les projets. Mais qu'est-ce que l'ingénierie des systèmes exactement et quel rôle joue-t-elle dans l'industrie aérospatiale?

Afin de répondre à cette question, considérez ce qu'est un système. Selon MIL-HBK-338B Electronic Reliability Design Handbook, un système est:

«Un ensemble d'équipements, de compétences et de techniques capables de remplir ou de soutenir un rôle opérationnel, ou les deux.» (Département de la défense, 1998)

Un système ne doit pas nécessairement être aussi complexe qu'un véhicule ou un ordinateur, et il peut faire partie d'un système plus vaste et plus complexe. Il n'a même pas besoin d'être fabriqué par l'homme; le système solaire est un exemple naturel de système, tandis que les freins des voitures sont un système à lui seul qui contribue dans le cadre d'un système plus vaste. Un système est un assemblage de composants qui fonctionnent ensemble pour traiter une entrée afin de créer une sortie.

Les systèmes peuvent être divisés en un certain nombre de systèmes plus petits et de sous-systèmes spécialisés dans différents domaines pour garantir que le système global est conforme à ses exigences et spécifications. Une hiérarchie de ces systèmes peut être établie pour diviser les exigences du système principal en composants plus petits et plus faciles à gérer qui peuvent être répartis entre ces sous-systèmes spécialisés.

Figure 1 - Exemple de hiérarchie de systèmes. (Moir et Seabridge, 2013)

Afin de garantir que tous les composants fonctionneront ensemble dans le système global, il faut beaucoup de communication et d'intégration entre les sous-systèmes. C'est là qu'intervient l'ingénierie des systèmes. L'ingénierie des systèmes est décrite par l'International Council on Systems Engineering (INCOSE) comme:

«Une approche et des moyens interdisciplinaires pour permettre la réalisation de systèmes performants. Il se concentre sur la définition des besoins des clients et des fonctionnalités requises au début du cycle de développement, la documentation des exigences, puis la synthèse de la conception et la validation du système tout en considérant le problème complet. » (INCOSE)

L'ingénierie des systèmes est «holistique et intégrative» et comble le fossé de communication entre les différents sous-systèmes «pour produire un tout cohérent» (NASA, 2009). Alors que les sous-systèmes sont spécialisés et se concentrent sur un domaine du système majeur, l'ingénierie des systèmes est plus généralisée et adopte une approche plus centrée sur les objectifs, en regardant la situation dans son ensemble pour s'assurer que les sous-systèmes se réunissent efficacement pour produire le système principal final dans un délai. et budget.

Ingénierie des systèmes en aérospatiale

Les organisations de secteurs tels que l'automobile et l'aérospatiale trouvent l'ingénierie des systèmes particulièrement utile pour identifier des solutions alternatives, éviter tout problème imprévu et s'assurer que le client est satisfait de la qualité du produit fini. En outre, INCOSE déclare que «l'utilisation efficace de l'ingénierie des systèmes peut économiser plus de 20% du budget du projet» (INCOSE, 2009). Les logiciels d'ingénierie des systèmes permettent désormais aux entreprises de tester des modèles de concept par rapport aux exigences des clients grâce à des simulations virtuelles et de produire des preuves de sécurité documentées pour les évaluations d'organismes de certification tels que la Civil Aviation Authority (CAA) (3dsCATIA, 2011). Cela permet de réduire le gaspillage de matériaux provenant des tests de prototypes, de modifications et d'éventuelles mises au rebut, et rend le processus du concept au produit beaucoup plus rapide et plus efficace.

L'objectif d'un ingénieur système est d'aider le client à bien comprendre le problème en question et à préparer des solutions au problème parmi lesquelles le client pourra choisir. L'ingénieur système peut ensuite diriger et guider les différents services de l'équipe projet vers l'objectif de mise en œuvre de cette solution, en commençant par la sortie souhaitée pour déterminer les entrées requises puis en se référant constamment aux exigences du client pour s'assurer que le système final est conforme à ses spécifications. Pour cela, un ingénieur système doit avoir un certain nombre de compétences et de caractéristiques différentes, notamment:

• Une vaste compétence technique: les ingénieurs systèmes ont besoin d'une compréhension fondamentale de la plupart, sinon de la totalité, des différents sous-systèmes et du désir d'en apprendre davantage sur ces domaines;
• Une appréciation de la valeur du processus et des objectifs globaux qui doivent être atteints pour atteindre le but final, et la capacité à adresser ces objectifs aux équipes du sous-système;
• Un leader sûr de lui, mais aussi un membre d'équipe fort et sûr de lui. Harold Bell du siège de la NASA suggère qu '«un grand ingénieur système comprend et applique complètement l'art du leadership et possède l'expérience et le tissu cicatriciel d'essayer de gagner le badge de chef de son équipe» (NASA, 2009);
• Compétences en résolution de problèmes et en pensée critique;
• Compétences exceptionnelles en communication et écoute active et capacité à établir des connexions à l'échelle du système;
• La capacité d'adopter une approche centrée sur les objectifs par opposition à une vision technique ou chronologique: un ingénieur système examine la sortie pour déterminer les intrants requis pour un projet et doit être en mesure d'avoir une vue d'ensemble, en se concentrant uniquement sur les plus petits détails si nécessaire;
• A l'aise avec le changement et l'incertitude: selon la NASA, les ingénieurs système doivent comprendre et encourager la quantification de l'incertitude dans les équipes afin de concevoir un système qui tient compte de ces incertitudes (NASA, 2009);
• Créativité et instinct d'ingénierie afin de trouver la meilleure façon de résoudre un problème tout en appréciant les risques et les implications;
• Paranoïa appropriée: s'attendre au meilleur, mais penser et planifier le pire des cas par mesure de précaution.

Quelques-unes des caractéristiques comportementales d'un ingénieur système peuvent être résumées en un seul attribut: la pensée systémique. La pensée systémique a été fondée en 1956 par le professeur du MIT Jay Forrester, qui a reconnu la nécessité de meilleures méthodes pour tester de nouvelles idées sur les systèmes sociaux, de la même manière que les idées en ingénierie peuvent être testées (Aronson). La pensée systémique est un ensemble de principes généraux qui permet aux gens de comprendre et de gérer les systèmes sociaux et de les améliorer.

L'approche de la pensée systémique est fondamentalement différente de l'analyse des formes traditionnelles. D'une part, l'analyse traditionnelle se concentre sur le réductionnisme - réduisant des parties du système majeur (également appelées holons) à des composants toujours décroissants (Kasser et Mackley, 2008). En revanche, la pensée systémique regarde la situation dans son ensemble et comment le système ou la partie interagit avec les autres holons, et reconnaît les boucles et les relations entre les holons. Cela peut souvent conduire à des conclusions nettement différentes de celles générées par l'utilisation de méthodes analytiques traditionnelles, mais cela peut également aider à déterminer les comportements émergents des holons et la possibilité de résultats indésirables - s'attendre à l'inattendu. En prenant ces mesures, il devient plus facile d'identifier des solutions nouvelles et plus efficaces à des problèmes complexes et récurrents,tout en améliorant la coordination au sein de l'organisation.

Dans l'industrie, les ingénieurs système doivent travailler avec un certain nombre de parties prenantes différentes, chacune ayant sa propre perspective pour la conception et le développement du produit requis. Par exemple, si une organisation aérospatiale devait se pencher sur le développement du concept d'un nouvel aéronef civil, il y aurait un large éventail de parties prenantes en question, y compris les fournisseurs de matériaux et de services, les passagers et l'équipage de l'air, les autorités de certification, l'équipe d'ingénierie directement impliquée dans le projet. La figure 2 montre les acteurs typiques d'un système d'aviation civile, en les divisant en quatre interfaces système principales: socio-économique, réglementaire, technique et humaine. En identifiant ces interfaces, les ingénieurs système sont en mesure de planifier quand des interactions avec des systèmes particuliers sont nécessaires et de simplifier le développement et les opérations,documenter le processus tout au long.

Figure 2 - Parties prenantes typiques d'un système d'aviation civile. (Moir et Seabridge, 2013)

Chaque partie prenante est interdépendante avec les autres dans la même interface. Par exemple, lors de la demande d'un certificat de type, un certain nombre de prototypes doivent être produits pour subir différents tests et un programme de maintenance doit être mis en place pour soutenir la navigabilité continue après l'approbation de la conception. Celui-ci est soumis avec les résultats des tests du prototype aux régulateurs qui - s'ils sont satisfaits des aspects sécurité, santé et environnement du prototype - approuvent le prototype et l'autorité de navigabilité délivre un certificat de type (MAWA, 2014). D'autres réglementations doivent alors être respectées pour que l'aéronef conserve son certificat de type et son certificat de navigabilité, faute de quoi il sera jugé dangereux de voler.Les ingénieurs système doivent donc comprendre les réglementations auxquelles l'aéronef doit se conformer tout au long de sa vie et planifier des méthodes pour le maintenir à un niveau de navigabilité.

Le travail d'un ingénieur système ne se termine pas une fois que le concept est devenu un produit. Ils doivent ensuite travailler avec une équipe de maintenance pour assurer la sécurité du produit et pouvoir l'utiliser jusqu'à ce qu'il se retire du service. La figure 3 montre le cycle de vie d'un aéronef du point de vue de l'Autorité de l'aviation civile (CAA) et la manière dont les ingénieurs système et les chefs de produits aéronautiques devraient travailler avec la CAA tout au long du cycle de vie.

Figure 3 - Cycle de vie d'un aéronef (The Civil Aviation Authority of New Zealand, 2009)

Tout emballer

L'ingénierie des systèmes est "une compétence essentielle" pour réussir dans l'industrie aérospatiale. Il s'agit avant tout de gérer la complexité pour obtenir la bonne conception, puis de maintenir et d'améliorer son intégrité technique (NASA, 2009). Selon l'administrateur de la NASA Michael D.Griffin dans sa présentation de 2007, Ingénierie des systèmes et les `` deux cultures '' de l'ingénierie , l'ingénierie des systèmes aide à fournir un équilibre de tous les sous-systèmes à combiner en un système qui passera au-delà de la phase de conception préliminaire et donc répondre aux exigences du client pour lesquelles il a été explicitement conçu (Griffin, 2007).

En examinant le développement du concept d'un aéronef civil et en considérant les différentes parties prenantes et interfaces système impliquées dans le cycle de vie de l'aéronef, que ce soit directement ou indirectement, il est évident que les ingénieurs systèmes ont un large éventail de responsabilités et de perspectives à gérer en dehors de la système d'ingénierie qui continue d'être traité et géré même une fois la phase de conception préliminaire terminée. En s'assurant de bien comprendre l'étendue de l'objectif final du produit final et d'apprécier l'impact qu'il aura sur les différentes parties prenantes, les ingénieurs système sont en mesure de déterminer les intrants nécessaires pour atteindre ces objectifs dans les délais et les budgets fixés.

Bien que l'ingénierie des systèmes puisse prendre des formes différentes selon l'industrie et les préférences de l'organisation, les méthodes sous-jacentes utilisées restent cohérentes et l'objectif reste le même: trouver la meilleure conception pour répondre aux exigences. Dans tout projet d'ingénierie, il y aura un certain nombre de sous-systèmes spécialisés qui doivent être réunis pour s'assurer que le résultat final du projet répond à ses spécifications au mieux de ses capacités.

Les références

3dsCATIA. (2011, 30 septembre). Qu'est-ce que «l'ingénierie des systèmes»? - Collection élémentaire. Récupéré de YouTube:

Aronson, D. (nd). Aperçu de la pensée systémique. Récupéré en 2016, sur la page Thinking:

Département de la défense. (1998). MIL-HBK-338B Manuel de conception de fiabilité électronique. Virginie: Bureau de la qualité et de la normalisation de la défense.

INCOSE. (nd). Qu'est-ce que l'ingénierie des systèmes? Récupéré en 2016, d'INCOSE UK:

INCOSE. (2009, mars). zGuide 3: Pourquoi investir dans l'ingénierie des systèmes? Extrait d'INCOSE UK:

Kasser, J., et Mackley, T. (2008). Appliquer la pensée systémique et l'aligner sur l'ingénierie des systèmes. Cranfield: Joseph E. Kasser.

Moir, I. et Seabridge, A. (2013). Design and Development of Aircraft Systems (2e éd.). Chichester: John Wiley & Sons Ltd.

NASA. (2009). L'art et la science de l'ingénierie des systèmes. NASA.

© 2016 Claire Miller