Stage en informatique : Jumeaux numériques sémantiques pour l’interopérabilité des systèmes industriels

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

Le poste est basé à l’IRT SystemX – Palaiseau ou à Lyon.

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, l’Asset Administration Shell (AAS) [1] est un nouveau standard de modèle d’information qui vise à offrir une modélisation interopérable des « actifs », c’est-à-dire des produits, machines, services ou jumeaux numériques dans le contexte de l’IIoT. Actuellement, plusieurs plateformes IIoT utilisent des modèles d’information propriétaires similaires à l’AAS, mais sans adopter un standard commun, ce qui affecte l’interopérabilité. La plateforme de jumeaux numériques industriels proposée en open-source dans le cadre du programme JNI est basée en partie sur l’AAS [1].

D’autre part, dans le contexte des jumeaux numériques d’objet connectés IoT et réseaux, la plateforme Thing’in the future d’Orange  est une plate-forme basée sur des graphes sémantiques [6] qui relie entre eux des objets physiques et des espaces de données. Elle permet une mise en cohérence, de l’inférence, du raisonnement et une opérationnalisation d’objets hétérogènes via la définition d’ontologies et de technologiques issues du web sémantique.

Ces deux plateformes offrent des capacités complémentaires facilitant la mise en œuvre de jumeaux numériques et permettant d’améliorer l’interopérabilité sémantique [7] des jumeaux numériques.

Objectifs du stage : 

• Implémenter une approche sémantique pour la conception et le développement d’un JN interopérable
• Interopérer deux ou plusieurs plateformes de jumeaux numérique par le biais d’un modèle sémantique

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 l’état de l’art, et notamment les aspects suivants :

• Identifier les modèles sémantiques pour le JN
• Identifier les propriétés d’une ontologie pivot pour la transformation de modèle de JN

Phase conceptuelle

• Analyse la plateforme Thing’In d’Orange pour comprendre la structure de représentation de JN sous forme de graphe sémantique
• Analyser et identifier des points ou commun ou correspondance des propriétés de JN sémantique avec la spécification AAS de l’I 4.0
• Concevoir une approche interopérable pour transformer un modèle sémantique vers un modèle de représentation de JN de d’I 4.0 basé AAS
  • S’aligner sur une méthodo de conception d’ontologie (méthodologie LOT [8])
  • Identifier les transformations nécessaires pour atteindre la représentation standardisée de la spécification AAS

Phase d’Implémentation 

• Reprendre ou construire un modèle sémantique pour un besoin de JN
• Instancier un JN sur la plateforme Thing’In sur la base du modèle sémantique
• Concevoir et développer un connecteur générique pour transformation de modèle sémantique/JN graph vers une représentation AAS
• Prendre en compte les niveaux de Synchronisation/Fidélité nécessaire lors de l’instanciation du JN de l’I4.0 (AAS) via un data bridge ou autre.

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)
[5] S. Derrien, P. Meye and P. Raıpin, « Thing in, a research platform for the Web of Things, » 2019 IEEE 27th International Symposium on Modeling, Analysis, and Simulation of Computer and Telecommunication Systems (MASCOTS), Rennes, France, 2019, pp. 431-432, doi: 10.1109/MASCOTS.2019.00056.
[6] Erkan Karabulut, Salvatore F. Pileggi, Paul Groth, Victoria Degeler, Ontologies in digital twins: A systematic literature review, Future Generation Computer Systems, Volume 153, 2024, Pages 442-456, ISSN 0167-739X, https://doi.org/10.1016/j.future.2023.12.013.
[7] L. Obrst, Ontologies for semantically interoperable systems, in: Proceedings of the Twelfth International Conference on Information and Knowledge Management, 2003, pp. 366–369
[8] María Poveda-Villalón, Alba Fernández-Izquierdo, Mariano Fernández-López, Raúl García-Castro, LOT: An industrial oriented ontology engineering framework, Engineering Applications of Artificial Intelligence, Volume 111, 2022, 104755, ISSN 0952-1976, https://doi.org/10.1016/j.engappai.2022.104755.

Profil et compétences

De formation : BAC +5 / école d’ingénieur ou université licence ou master, dans le domaine de l’informatique, avec une appétence pour la recherche appliquée.

Compétences souhaitées :

• Ingénierie Informatique, avec connaissance du web sémantique ou d’ontologie
• Connaissance des jumeaux numériques
• Expérience en développement Web (HTML/CSS, VueJS, Java, Python)

Aptitudes personnelles :

• Bon relationnel,
• Curiosité, esprit d’initiative, capacité d’analyse et rigueur,
• Autonomie, travail collaboratif,
• Capacité de s’adapter aux changements et d’être force de proposition,

Merci d’indiquer la référence du stage dans l’objet de votre mail de candidature, d’y joindre CV, lettre de motivation et autres documents pertinents.