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Un guide détaillé sur le développement basé sur des modèles
Le processus de développement traditionnel que les équipes suivaient ressemblait à peu près à ceci :
Rédiger les spécifications dans un fichier Microsoft Word -> Concevoir le système et l'interface utilisateur dans PowerPoint -> Programmer manuellement -> Tester le système.
Le principal problème de cette approche était que les équipes ne pouvaient vérifier si le système fonctionnait qu'après l'avoir entièrement mis en place. Si la logique n'était pas bien comprise, des problèmes surgissaient, et leur résolution s'avérait coûteuse.
Par exemple, lors de la mise en œuvre d'un système de régulateur de vitesse pour voiture, si la logique de commande est programmée directement à partir des spécifications brutes, les équipes peuvent détecter des problèmes tels qu'une accélération soudaine, une réponse lente ou un comportement de freinage incorrect lors des essais sur route. La résolution de ces problèmes prend ensuite plusieurs semaines.
Pour relever ces défis, le développement basé sur des modèles (MBD) a été introduit vers 1960 dans l'industrie aérospatiale. Il permet de construire et de tester la logique du système à l'aide de modèles exécutables avant d'écrire le code final.
Voyons plus en détail ce qu'est le MBD, comment il fonctionne étape par étape, en quoi il diffère du développement traditionnel, et quelles sont les meilleures pratiques pour le mettre en œuvre avec succès.
Qu'est-ce que le développement basé sur des modèles (MBD) ?
Le développement ou la conception basée sur des modèles est une approche de développement de systèmes en ingénierie qui consiste à utiliser des modèles numériques pour concevoir, simuler et tester des systèmes avant d'écrire la moindre ligne de code. Ces modèles numériques sont créés à partir de différents types de diagrammes d'exigences, notamment des schémas fonctionnels, des diagrammes d'états, des diagrammes d'activités, etc., qui contiennent des informations sur le comportement du système, la logique de contrôle, les entrées, les sorties et la synchronisation.
Le principal avantage de la conception basée sur les modèles (MBD) réside dans la simulation en temps réel. Au lieu de développer des systèmes complets et de les tester, les équipes peuvent faire fonctionner le modèle comme un prototype opérationnel et tester son comportement en conditions réelles. Cela permet de valider la conception à un stade précoce, de réduire les imprévus en fin de cycle et de réaliser des économies substantielles sur les coûts de développement.
La MBD est principalement utilisée dans des secteurs tels que l'aérospatiale, la défense, l'automobile, la robotique, etc., où les équipes doivent développer des logiciels, du matériel informatique ou des composants physiques complexes.
En résumé, le MDB aide les équipes à vérifier le comportement global du système dès la phase de conception et à améliorer sa précision.
Comment fonctionne le développement basé sur des modèles ?
Le développement basé sur les modèles (MBD) suit un processus structuré dans lequel le modèle est considéré comme le principal outil de travail, et non plus comme un simple dessin. Voici un bref aperçu du cycle de vie du développement basé sur les modèles :
1) Commencez par élaborer un modèle du système
La première étape consiste à créer des diagrammes d'exigences (modèles numériques) à partir des exigences définies. Ceux-ci représentent le comportement du système et montrent comment il réagit à diverses entrées et conditions dans différents scénarios. Ces modèles peuvent être élaborés à l'aide de machines à états, d'équations ou d'un diagramme au niveau de l'architecture. Les équipes doivent s'assurer que le diagramme représente clairement les entrées, les sorties, la logique, le comportement de contrôle, la synchronisation, etc.
2) Effectuer des simulations pour valider le comportement
Ensuite, utilisez des outils de simulation tels que Modern Requirements4DevOps pour simuler le comportement du système dans un environnement virtuel. Cela permet aux équipes de tester le comportement du système dans des scénarios concrets et d'identifier les problèmes potentiels sans avoir à développer de prototypes.
3) Vérification et validation
Une fois les résultats de la simulation obtenus, il convient de procéder à la vérification et à la validation du système. La vérification permet de s'assurer que le système répond à toutes les exigences documentées, tandis que la validation garantit que le système remplit la fonction pour laquelle il a été conçu.
Dans les projets MBD bien avancés, les équipes vérifient également :
- Couverture des exigences (avons-nous testé toutes les exigences ?)
- Couverture des scénarios (avons-nous testé toutes les conditions ?)
- couverture du modèle (tous les chemins logiques ont-ils été exécutés ?)
Cette traçabilité en temps réel renforce la confiance des équipes travaillant dans des secteurs réglementés.
5) Génération de code
Si le système est parfait et fonctionne correctement, générez automatiquement le code dans le langage de programmation requis (généralement C/C++ pour les systèmes embarqués) à partir du modèle. Le risque d'erreurs est très faible lorsque le code est généré automatiquement à l'aide d'un outil d'IA.
6) Affiner le modèle par cycles courts
En cas de défaillance du système ou si des conditions doivent être mises à jour, modifiez la conception et testez à nouveau le système. Ce cycle itératif permet d'améliorer le système en continu, selon un cycle court.
De plus, les équipes peuvent affiner les systèmes à partir de données issues d'essais en conditions réelles, ce qui contribue à améliorer la précision du système au fil du temps.
7) Intégrer à la plateforme cible
Le code généré est ensuite intégré au reste du système, par exemple :
- conducteurs
- couches de communication (CAN, LIN, Ethernet, etc.)
- interfaces matérielles
- Logique de planification du système d'exploitation/système d'exploitation temps réel
Cette étape permet de vérifier que la logique modélisée fonctionne correctement dans l'environnement réel.
Développement basé sur des modèles vs développement traditionnel
Aspect | Développement traditionnel | Développement basé sur des modèles (MBD) |
|---|---|---|
Point de départ | Les équipes rédigent les spécifications, puis les mettent en œuvre par le biais du code. | Les équipes commencent par élaborer le modèle numérique, testent le système, puis, si tout semble fonctionner correctement, elles écrivent le code. |
Validation précoce | La validation ne peut être effectuée qu'après la mise en place complète du système. | La validation logique s'effectue en simulant des modèles numériques avant le début du développement. |
Gérer les comportements complexes | Il est difficile de gérer les synchronisations complexes et les comportements basés sur des modèles avant la mise en œuvre du système. | En simulant des schémas fonctionnels et des machines à états, les équipes peuvent facilement évaluer la complexité des systèmes. |
Modifications et retouches | Les modifications apportées aux spécifications entraînent souvent d'importants travaux de retouche, car elles interviennent à un stade tardif. | Les modifications sont d'abord appliquées au modèle, puis celui-ci est simulé à nouveau afin d'en évaluer rapidement l'impact. |
Qualité et cohérence du code | La qualité du code dépend du style et de l'interprétation du développeur. | Les flux de travail basés sur des modèles réduisent les écarts d'interprétation et favorisent une mise en œuvre cohérente. |
Vitesse d'itération | Les itérations prennent plus de temps, car les équipes doivent écrire du code et le déboguer à chaque itération. | Les itérations sont rapides, car les simulations fournissent un retour d'information immédiat sur le comportement. |
Traçabilité | La traçabilité est principalement effectuée à la main et nécessite beaucoup de paperasse. | La mise en correspondance entre les exigences et le modèle, ainsi qu'entre le modèle et les tests, est plus simple et mieux structurée. |
Bonnes pratiques pour un développement basé sur des modèles réussi
- Commencez par définir clairement les exigences : définissez précisément les entrées, les sorties, les conditions de contrôle, les limites, les règles de synchronisation, les aspects non fonctionnels, etc., avant de créer le modèle.
- Veillez à ce que les modèles restent clairs et modulaires : décomposez la logique en sous-systèmes plus petits afin que les équipes puissent examiner, réutiliser et tester chaque partie de manière indépendante.
- Utilisez une nomenclature et des unités cohérentes : une nomenclature ambiguë ou un mélange d'unités (°C et °F, ms et s) peut entraîner des erreurs coûteuses par la suite.
- Simulez régulièrement : pendant le développement du modèle, effectuez des simulations à plusieurs reprises et régulièrement afin de valider les spécifications avant de commencer à coder.
- Gérer le contrôle des versions : veillez à gérer les versions de chaque modèle en utilisant une structure de branches appropriée. En cas de problème, les équipes doivent pouvoir restaurer la version précédente.
- Assurer la traçabilité : associer les exigences aux éléments du modèle et aux résultats des tests afin que les équipes aient une vue d'ensemble de toutes les modifications.
- Encourager les revues inter-équipes : plusieurs équipes concernées, notamment celles chargées du logiciel, des tests et du matériel, doivent examiner ensemble les composants du système dès le début du projet afin d'éviter les mauvaises surprises en fin de parcours.
Pourquoi la gestion des exigences est-elle importante pour le développement basé sur des modèles ?
Une chose est claire : dans le MDB, le modèle est élaboré pour répondre aux exigences. Ainsi, si ces dernières sont floues, incomplètes, non traçables ou dispersées dans divers documents et e-mails, le modèle sera lui aussi incomplet, ce qui peut entraîner des hypothèses erronées et des retouches.
Une bonne gestion des exigences permet de structurer ce processus en garantissant que toutes les exigences sont centralisées et rédigées de manière à pouvoir être testées. De plus, lors de la revue collaborative ou de l'audit, les équipes peuvent voir comment les exigences ont évolué et qui a apporté des modifications grâce à l'historique des versions.
C'est là que les équipes doivent commencer à utiliser un logiciel de gestion des exigences, tel que Modern Requirements4DevOps, qui offre une prise en charge complète de la conception basée sur les modèles (MBD). Il propose des outils de traçabilité permettant de relier les exigences mises à jour aux modèles d'exigences, des outils de création de schémas pour élaborer différents types de diagrammes, ainsi que des outils de simulation pour valider les modèles par rapport à différents cas d'utilisation.
De plus, Modern Requirements4DevOps propose également une fonctionnalité de gestion des révisions permettant de réviser les exigences de manière collaborative grâce à la signature électronique. En utilisant les fonctionnalités d'évaluation de l'impact des changements et en effectuant des simulations à l'aide de modèles, les équipes peuvent déterminer comment un changement affectera le système avant de le mettre en œuvre.
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