MBSE ou gestion traditionnelle des exigences : ce que les entreprises doivent savoir

Les produits d'ingénierie modernes, tels que les voitures, les avions ou les dispositifs médicaux, intègrent désormais des logiciels, des composants électroniques, des services cloud et des systèmes mécaniques au sein d'une architecture produit unique. Par conséquent, la gestion des exigences système pour ces produits ne se limite pas à la simple rédaction d'un cahier des charges.

Il est vrai que l'approche de gestion des exigences reste le fondement de tous les programmes d'ingénierie. Mais, parallèlement, l'ingénierie des systèmes basée sur des modèles (MBSE) suscite de plus en plus d'intérêt. Au lieu de s'appuyer principalement sur des documents pour exprimer l'intention du système, la MBSE utilise des modèles formels et interconnectés, dans lesquels les exigences, l'architecture, le comportement et les interfaces coexistent au sein d'une structure unique et contrôlée.

Cette évolution a suscité un débat important au sein du secteur sur la manière dont ces deux approches s'intègrent dans les environnements d'ingénierie modernes.

Pourquoi le débat entre la gestion des exigences basée sur le MBSE et la gestion traditionnelle des exigences existe-t-il ?

Le débat entre la MBSE et la gestion traditionnelle des exigences (basée sur des documents) n'est pas purement théorique ; il trouve son origine dans les échecs concrets rencontrés dans le cadre de grands programmes d'ingénierie, où l'approche documentaire peinait à rendre compte des interactions au sein du système.

Par exemple :

• La mission Mars Climate Orbiter a été perdue: Au cours du développement, une équipe d'ingénieurs avait calculé les données de poussée en livres-force-secondes, tandis qu'une autre avait utilisé des newtons-secondes. En raison de cette divergence, le vaisseau spatial est entré dans l'atmosphère martienne selon une trajectoire erronée et s'est désintégré. La cause de cet échec était une documentation des exigences incohérente qui n'avait jamais été validée au niveau du système.
• Accident du Boeing 737 MAX: En octobre 2018 et mars 2019, deux Boeing se sont écrasés. Par la suite, l'équipe d'enquête a constaté que des informations cruciales concernant le système de contrôle de vol MCAS étaient dispersées dans la documentation technique et n'étaient pas reliées à l'analyse de sécurité de l'appareil.

Ces échecs mettent donc en lumière des défis plus généraux, que nous avons énumérés ci-dessous, auxquels sont aujourd’hui confrontés de nombreux responsables techniques dans divers secteurs :

• Absence de traçabilité tout au long du cycle de vie.
• Visibilité limitée sur la manière dont les sous-systèmes s'interconnectent
• Gérer les exigences à travers les e-mails et les documents éparpillés
• Détection tardive de problèmes d'intégration

C'est la raison pour laquelle les entreprises s'orientent vers une ingénierie des systèmes basée sur des modèles et une approche structurée de la gestion des exigences. Nous allons approfondir ce sujet dans la section suivante.

Les domaines dans lesquels la MBSE excelle dans les environnements d'ingénierie complexes

La MBSE prend toute sa valeur lorsque les systèmes d'ingénierie deviennent trop complexes pour être compris à partir de spécifications écrites.

Voyons cela à l'aide de l'exemple ci-dessous :

Prenons l'exemple du système de distribution électrique de l'avion, qui est chargé d'alimenter en électricité plusieurs sous-systèmes, notamment :

• Générateurs
• Piles
• Avionique
• Systèmes de secours

Dans ce cas, le cahier des charges peut préciser que « l'alimentation doit basculer vers la source de secours dans les 50 ms en cas de défaillance du générateur », mais le comportement du système dépend de transitions d'état qui ne peuvent être validées à partir des exigences documentées.

Grâce à l'ingénierie pilotée par les modèles, les équipes peuvent :

• Représenter schématiquement les flux d'énergie entre les générateurs, les batteries et les sous-systèmes
• Représenter la logique de commande qui régit les décisions de commutation
• Évaluer le comportement du système dans différents scénarios de défaillance
• Vérifier si l'architecture est en mesure de respecter les contraintes de délai, telles que la condition de basculement en 50 ms.

Pourquoi les entreprises adoptent-elles une approche de développement fondée sur l'ingénierie basée sur les modèles (MBSE) ? 

• Visibilité de l'architecture du système : dans le cadre du développement de projets complexes, plusieurs équipes, notamment les équipes mécanique, électrique, de conception et logicielle, développent différentes parties du système. L'approche MBSE permet de créer une vue d'ensemble unifiée de l'architecture et facilite la compréhension visuelle des relations entre chaque composant.
• Simulation précoce du comportement : grâce aux modèles numériques, les équipes peuvent simuler différents scénarios avant d'investir des ressources dans la construction de premiers prototypes. Cela permet de détecter rapidement les problèmes d'intégration.
• Soutien aux pratiques d'ingénierie numérique : les modèles MBSE relient les exigences, l'architecture, les simulations et les éléments de vérification. Cela permet aux organisations de garantir une compréhension cohérente du système et une traçabilité tout au long des phases de développement, de test, de déploiement et d'exploitation.

Le MBSE en pratique : exemples tirés de véritables programmes d'ingénierie

• Airbus (programme A350 XWB) : L'équipe d'Airbus a adopté une approche de développement fondée sur l'ingénierie basée sur les modèles (MBSE) pour la conception de l'A350 XWB. Par la suite, ses équipes d'ingénieurs ont indiqué que les défauts au niveau de l'intégration avaient diminué de 30 à 40 % par rapport aux programmes précédents. Ce résultat s'explique par le fait que l'équipe a pu valider le système dans différents scénarios à l'aide de simulations avant de construire le moindre produit physique.
• Siemens (automatisation ferroviaire): Siemens Mobility utilise généralement la méthode MBSE pour développer des systèmes de commande de trains. L'entreprise a publié une étude de cas par l'intermédiaire de l'INCOSE en 2022, dans laquelle elle indique que la vérification basée sur des modèles a permis de réduire de 25 % le travail de documentation lié au dossier de sécurité.

Ainsi, l'approche MBSE améliore la visibilité globale du système et permet aux équipes de comprendre facilement les interactions au sein d'architectures complexes.

Les domaines où la gestion structurée des exigences reste essentielle

Les organisations qui ont recours à la MBSE ont également besoin d'un processus structuré de gestion des exigences afin de contrôler la manière dont celles-ci sont rédigées, examinées, approuvées et vérifiées tout au long du cycle de vie du développement du produit.

Cependant, plutôt que d'adopter une approche traditionnelle de gestion des exigences reposant sur des documents, les équipes d'entreprise se tournent vers des outils de gestion des exigences basés sur le cloud, tels que Modern Requirements4DevOps, qui s'intègre à Azure DevOps. Ces outils permettent de gérer les exigences parallèlement aux workflows de développement tout en garantissant une traçabilité complète au sein d'un même environnement.

Prenons l'exemple des programmes de développement d'avions : 

• Pour obtenir les agréments dans le domaine aéronautique, les équipes doivent se conformer à la norme internationale DO-178C. Pour cela, elles doivent présenter aux autorités de réglementation des preuves documentées montrant comment les exigences ont été définies, revues, tracées, versionnées et vérifiées. Dans ce contexte, la gestion des exigences permet de maintenir des liens traçables entre les exigences de sécurité, les éléments de conception du système, les tests de vérification et la documentation de certification.

De plus, la gestion structurée des exigences continue de soutenir plusieurs activités essentielles dans les programmes d'ingénierie d'entreprise :

• Gouvernance et processus de révision pour les validations.
• Un système de contrôle de version permettant de suivre l'évolution des exigences au fil des sprints et des versions.
• Traçabilité tout au long du cycle de vie reliant les exigences à la conception, au développement et aux tests.
• Respect des réglementations en matière de normes de sécurité et de certification.
• Analyse d'impact visant à déterminer comment une modification des exigences affecte les autres éléments.

Dans les environnements d'ingénierie complexes, ces capacités de gouvernance garantissent que les exigences restent maîtrisées, traçables et vérifiables tout au long du cycle de vie du développement.

La réalité de l'entreprise : stratégies d'ingénierie hybride

En réalité, la MBSE ne remplace pas la gestion structurée des exigences. Au contraire, ces deux approches se complètent. Aujourd'hui, la plupart des entreprises utilisent les deux en parallèle, et un processus type se présente comme suit :

• Les exigences sont saisies, gérées, suivies et examinées sur une plateforme unique.
• L'architecture système et les modèles numériques sont développés à l'aide d'outils MBSE spécifiques.
• Des liens de traçabilité sont établis entre les modèles numériques et les exigences.
• Les activités de développement et de test des produits sont reliées entre elles par des pipelines DevOps.

Même les grandes entreprises adoptent cette approche hybride. Par exemple :

• Northrop Grumman utilise des modèles numériques SysML pour développer et visualiser l'architecture de ses systèmes, et s'appuie sur une plateforme de gestion des exigences basée sur le cloud pour ses programmes de défense.
• De même, Bosch Automotive utilise des plateformes MBSE pour la vue d'ensemble de l'architecture et des plateformes de gestion des exigences afin de se conformer aux normes internationales telles que l'ISO 26262.

L'idée est donc claire. Au lieu de remplacer la gestion des exigences par l'ingénierie basée sur les modèles (MBSE), commencez à les utiliser conjointement afin de garantir à la fois la visibilité du système et le contrôle de son cycle de vie.

La prochaine étape pour les entreprises qui gèrent des systèmes complexes

Cette évolution vers l'ingénierie basée sur les systèmes (MBSE) est bien réelle. Les responsables techniques doivent désormais repenser la manière dont la connaissance du système doit être gérée tout au long du cycle de vie du développement produit. La prochaine étape ne consiste pas à multiplier la documentation, mais à relier les exigences, les modèles d'architecture, les workflows DevOps et les données de validation afin que les équipes puissent comprendre le comportement du système.

De nombreuses entreprises ont déjà commencé à mettre en place des chaînes numériques au sein de leurs programmes d'ingénierie. Celles-ci relient les spécifications, les modèles d'architecture, les documents de conception et les résultats de test au sein d'une chaîne unique et traçable. Elles adoptent également des jumeaux numériques qui leur permettent de créer des répliques numériques de produits physiques et de simuler différents scénarios de manière virtuelle.

À l'avenir, il faudra commencer à mettre en place des écosystèmes d'ingénierie dans lesquels la conception basée sur les modèles (MBSE) et la gestion des exigences restent étroitement liées afin de faire face à la complexité croissante des systèmes modernes.