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Gemeinschaftsprojekte NRP 2016-2019

MIL-TeB

Analyse de sécurité de systèmes développés sur la base de modèles qualitatifs

Le centre de compétence ROSAS de l’institut iSIS/HEIA-FR fait partie de la plateforme technologique Innosquare du quartier d’innovation blueFACTORY et a comme but de s’établir en tant que centre de compétence unique en Suisse pour le développement de systèmes robustes, sûrs et sécurisés. Les co-requérants de ce projet sont les partenaires stratégiques de ROSAS: Liebherr Machines Bulle SA, Meggitt SA et Johnson Electric International AG.

Un domaine de recherche de ROSAS est la conception basée sur des modèles (MIL – Model-In-the-Loop) qui est principalement utilisée dans les domaines de l’industrie électronique et de logiciel. L’atout majeur de cette méthodologie de développement est la détection précoce des erreurs de conception ce qui permet de réduire le nombre d’itérations de design, voire même de les éviter. La conception à base de modèles (MIL) peut ainsi contribuer à des réductions massives de coûts dans le développement de systèmes complexes et critiques en termes de sécurité. Aujourd’hui les exigences relatives à la sécurité augmentent continuellement avec les nouvelles réglementations et normes et les systèmes associés deviennent de plus en plus complexes. Il devient nécessaire pour les trois partenaires stratégiques de ROSAS de compléter l’analyse de sécurité traditionnelle avec une approche innovante à base de modèles (MIL) qui permet d’identifier le comportement de défaillance le plus tôt possible pendant la phase de conception.

L’objectif de ce projet est le développement d’un banc de test qui permet de faire des simulations précoces du comportement des systèmes dans les situations fonctionnelles et dysfonctionnelles, à l’aide de modèles du fonctionnement de l’électronique et des logiciels embarqués permettant l’injection de fautes. Pour ceci il faut adapter le processus de développement de système traditionnel (p.ex. selon le modèle «V») à ces exigences communes pour le développement de technologies innovantes, et développer les outils nécessaires pour modéliser et analyser le comportement du système sur la base de modèles qualitatifs.

À l’aide du soutien de ce projet par le NPR, le centre de compétences ROSAS et ses partenaires industriels franchissent un nouveau pas stratégique, positionnant ROSAS au niveau national et international pour les développements de systèmes fiables à l’aide de la simulation à base de modèles. C’est un pas important dans la direction de son axe stratégique pour la réalisation d’un laboratoire «xIL-Lab» unique en Suisse qui permettra d’effectuer des simulations à base de modèles «in-the-loop» pour qualifier le comportement régulier et en particulier aussi de défaillance des applications de systèmes critiques avec le but ultime d’intégrer un logiciel «Software In-the-Loop» (SIL) et du matériel «Hardware In-the-Loop» (HIL) dans le développement du système. De plus grâce à l’emplacement idéal de blueFACTORY, l’innovation du canton de Fribourg se trouve renforcée avec des compétences et du savoir-faire dans ce domaine. En améliorant le processus de développement, les erreurs de conception diminuent, réduisant ainsi le time-to-market de nouveaux produits des partenaires stratégiques de ROSAS, ce qui leur permet de rester compétitifs sur le marché.

Partenaires

HES-SO//FR HEIA-FR Institut iSIS – Johnson Electric International AG – Liebherr Machines Bulle SA – Meggitt SA

LPWAN-VPN

Infrastructure de télécommunication à longue portée pour les applications liées à la distribution de l’énergie et à l’efficience énergétique

Les buts de ce projet sont l’analyse, la conception et le développement d’un réseau de télécommunication privée, applicable au domaine de la distribution de l’énergie et d’une utilisation plus rationnelle de celle-ci. L’infrastructure développée sera basée sur un réseau à longue distance et à basse consommation, qui permettra aux entreprises partenaires de garantir la fiabilité et la sécurité de leur système ainsi que la confidentialité des données traitées.

Les applications liées à la distribution de l’énergie et à une utilisation plus rationnelle de celle-ci reposent aujourd’hui sur des services en ligne permettant la mise en commun des ressources requises. Le déploiement de ces services requiert obligatoirement une infrastructure de télécommunication à la fois économe en énergie, efficace, sécurisée, économiquement viable et assurant la confidentialité des données.

Ce domaine d’activités étant en plein expansion, un grand nombre de technologies de télécommunication dédiées à ce type d’applications voient le jour. Les caractéristiques principales de ces technologies sont d’être sans fil (« Wireless »), à basse consommation (« Low Power ») et à longue portée (« Long Range »). Un atout supplémentaire de certaines d’entre elles est de permettre la mise en place d’un réseau de communication aussi bien au niveau d’un bâtiment ou d’un quartier qu’au niveau national, sans nécessiter de modification importante de l’infrastructure et donc à moindre coût.

Le premier objectif de ce projet est d’établir une liste de critères s’appliquant aux cas d’utilisation visés et d’appliquer ces critères à un ensemble de technologies à analyser, parmi lesquelles nous pouvons mentionner LoRA, Sigfox, Sym-phony Link et IP500. Un choix sera effectué en faveur de la technologie correspondant le mieux aux critères établis, et un prototype permettant le déploiement d’une infrastructure de télécommunication au niveau d’un bâtiment ou d’un quartier sera ensuite conçu et développé.

Ce système permettra aux partenaires du projet une mise en oeuvre utilisant l’infrastructure d’accès existante au niveau du quartier ou du bâtiment et ainsi de pouvoir déployer leurs services de manière efficace, économiquement attractive et en assurant la confidentialité des données. Disposer d’un tel système facilitera le déploiement de nouveaux services et abaissera les coûts de mise en oeuvre et d’exploitation de ces services, ceci dans un environnement extrêmement compétitif.

Ce projet s’inscrit dans le domaine du bâtiment et du réseau de distribution intelligents, thématique importante dans le cadre du projet BlueFactory.

Partenaires

HES-SO//FR HEIA-FR Institut iSIS – Infoteam SA – Pronoo SA – Viteos SA

HyREX40

Système Pile à combustible hydrogène, d’une puissance de 40 kW, destiné à la génération électrique pour applications mobiles, notamment pour Benne à ordures ménagères (BOM)


La traction électrique est une alternative à la combustion de carburants fossiles dans les domaines du transport et de la mobilité. La pile à combustible à hydrogène (Fuel Cell) est une solution d’électromobilité qui répond aux enjeux du changement climatique et de la pollution de l’air. Par rapport aux solutions basées sur des technologies pures batteries, la génération d’électricité à partir d’hydrogène présente certains avantages : recyclage, réduction de poids par rapport aux batteries, plein rapide en hydrogène (quelques minutes), large autonomie (plusieurs centaines de km, ainsi que de non effets liés à la température).
Pour être capable de répondre à ces enjeux, il faut une réponse technique proposant un système de pile à combustible complet.


Swiss Hydrogen et Michelin proposent le développement d’un système d’une puissance de 40 kW permettant de répondre à des besoins professionnels d’électromobilité, notamment pour des applications urbaines et péri-urbaines où l’autonomie, la disponibilité, ainsi que l’amortissement du véhicule sont des éléments cruciaux pour l’exploitant.


Une première cible est la benne à ordures ménagères (BOM) telle qu’exploitée aujourd’hui sur Fribourg par le Groupe Andrey, basé à Tafers. Il existe en Suisse environ 1300 BOM et trois gros opérateurs représentent déjà 600 systèmes, ce qui générerait un chiffre d’affaires d’environ 20 à 40 Mio CHF si toute ces BOM étaient remplacées par des versions hydrogène.
D’autres marchés à explorer ont été identifiés par les partenaires du projet et seraient susceptibles d’utiliser le système de 40 kW :

-    Véhicules de livraison : La Poste, DHL, DPD
-    Groupes électrogènes mobiles autonomes.

L’intégration dans le projet de ROSAS permettra d’apporter des compétences supplémentaires en termes d’analyse sécuritaire du système, de définition et analyse des composants utilisés pour répondre aux normes.

Le consortium fribourgeois ainsi monté aura les impacts suivants :

•    Réalisation dans le Canton de Fribourg d’un système pile à combustible innovant et performant,
•    Potentiel d’assemblage industriel envisageable dans le canton,
•    Création d’un pôle de compétence hydrogène et pile à combustible suisse à Fribourg
      (Swiss   Hydrogen, Michelin, Groupe E, ROSAS)
•    Opportunités pour d’autres partenaires de pénétrer et progresser dans ce domaine
      nouveau qu’est l’hydrogène, et de positionner Fribourg,
•    Image innovante portée à l’extérieur du Canton

Partenaires

Swiss Hydrogen SA – Michelin Recherche et Technique SA – HES-SO//FR HEIA-FR ROSAS Center Fribourg 

INNOSERRE

Optimisation et innovation énergétique et écologique pour les cultures sous serres et sous abris

Les cultures sous abris sont des cultures intensives, à forte technicité et soumises fortement à la concurrence internationale. Pour rester compétitive, les entreprises doivent sans cesse innover et adapter leur outil de production. L’efficience de l’énergie et la réduction de l’utilisation des énergies fossiles sont au cœur des préoccupations des producteurs. Des solutions innovantes, de réduction de la consommation d’énergie fossiles, d’utilisation d’énergie alternatives ou de technologies permettant l’augmentation des rendements doivent être testées dans le contexte suisse afin de pouvoir garantir la rentabilité aux producteurs.

L’objet de ce projet est de démontrer la faisabilité de différentes solutions énergétiques innovantes et écologiques dans le domaine des productions sous serres/sous abris.

Il s’agit de mettre en relation les aspects coûts, notamment des investissements, avec les bénéfices, de développer un catalogue de solutions adaptées à différentes cultures et conditions, et d’élaborer des concepts de projets modèles ayant un fort potentiel de déploiement.

Partenaires

HEIA-FR, institut Energy – Agroscope – Institut Agricole de l’Etat de Fribourg à Grangeneuve – Gutknecht Gemüse – BG Herren & Siegenthaler ; Proveg AG – Allani Sunlife Holding AG – Climate Services Sàrl

SETUP

Specific Environmentally-conscious Targets for Urban Planning

Le projet vise à développer une méthode pour la planification urbaine de nouvelles constructions qui permet de décliner des objectifs environnementaux tels que ceux de la stratégie à 2000W, en cibles spécifiques et différenciées par bâtiments. La méthode permet de prendre en compte le contexte et d’illustrer les contraintes induites par ces objectifs sur les matériaux de construction, les systèmes énergétiques ou la mobilité, ainsi que d’estimer les surinvestissements engendrés

Partenaires

EPFL - blueFACTORY - Climate Services SA - Implenia Suisse SA - CSD Ingénieurs SA -Urbaplan

Audit - Arena

Audit-Arena

Les buts de ce projet sont la compréhension et la vérification des phénomènes physiques afin de tendre vers une efficience énergétique pour le maintien de la qualité de la glace selon le type d'utilisateur. Pour ce faire, il est nécessaire d'améliorer la conception de capteurs et le développement d'un réseau de télécommunication privé, applicable au domaine des patinoires, couvertes et fermées, en vue d'une utilisation énergétique plus rationnelle de celle-ci.

Ce projet va permettre aux différents acteurs, tels que chef de glace, responsables techniques et propriétaires du bâtiment, dans un premier temps, de visualiser et vérifier en ligne le bon fonctionnement d'une patinoire, et dans un deuxième temps, de corriger et d'améliorer son infrastructure.

Les applications liées à une utilisation plus rationnelle de l'énergie reposent aujourd'hui sur des services en ligne, permettant la mise en commun des ressources requises. Le déploiement de ces services requiert obli­ gatoirement une infrastructure de télécommunication à la fois économe en énergie, efficace, sécurisée, éco­ nomiquement viable et assurant la confidentialité des données.

Ce domaine d'activités étant actuellement en pleine expansion, un grand nombre de technologies de télécom­munication dédiées à ce type d'applications voient le jour. Les caractéristiques principales de ces technologies sont d'être sans fil (« Wireless »), à basse consommation (« Law Power») et à longue portée (« Long Range »).

Partenaires

HES-SO//FR HEIA-FR Institut SeSi et Energy, HEIA-FR - La Pati SA - Infoteam SA - SBC Saia Burgess Contols - Goupe E Entretec SA

Connect 4.1

Développement d’un concept global de management du passage de Industrie 3.0 à Industrie 4.0

Développement et expérimentation de la boîte à outils méthodologique, logicielle et conceptuelle associée

Une nouvelle révolution industrielle est à nos portes. Il s’agit du passage d’INDUSTRIE 3.0 à INDUSTRIE 4.1 ? Les grands changements de demain se profilent déjà : fin du salariat, nomadisme professionnel, travail coopératif sur fond multiculturel, et de technologies et de produits connectés imposeront une montée en puissance et une maturité plus rapides. Cela entraîne une révolution culturelle, technologique, comportementale, organisationnelle. L’entreprise de demain sera humaine, fluide, responsable, écologique, connectée, durable et développera ses marges en saisissant les opportunités de ces tendances émergentes. Il faudra acheter, produire, marketer, communiquer, vendre et se comporter en limitant les impacts environnementaux.

S’adapter et se connecter aux autres, s’adapter aux différentes situations que nous rencontrons, tel est le défi qui se posent à nos organisations d’entreprise. Les nouveaux modèles imaginés pour relever de défi s’appellent Industrie 4.0 et 4.1.

L'industrie fribourgeoise a bien compris cette nécessité. Le projet et la montée en régime de blueFACTORY en est une preuve convaincante.

Pour les nombreux industriels fribourgeois qui représentent toutes les tailles, toutes les typologies organisationnelles et beaucoup de secteurs de l’industrie et du service, il y a cependant de nombreuses questions qui se posent et qui compliquent la prise de décision, la priorisation des actions, le choix d’embauche des futurs collaborateurs, les partenariats optimums à engager, la pertinence du choix des consultants, etc. Il y a 4 décennies les mêmes questions se posaient déjà pour le passage d’industrie 2.0 à 3.0 de l’époque. Les Industriels de l’Automobile avec leur champion Toyota avait pris les choses en main :

• Le Lean Management

• La codification des 8 Mudas

• La standardisation d’une métrologie de la performance autour de l’indicateur de TRS

  (Taux de Rendement Synthétique)

• Le management par les processus et de l’audit de leur maitrise par les 5 niveaux de maturité de Sullivan

• La démarche Kaizen avec les chantier d’amélioration continu

• La certification de compétence Green et Black Belt de Lean Manager

Ces outils et stratégies ont permis d’énormes progrès pour construire l’excellence du triptyque CQD (Coût / Qualité / Délais).

Le virage en cours avec le passage d’Industrie 3.0 à 4.1 demande la même réflexion pour créer les outils, les méthodes, les audits et les formations et certifications de nouvelles compétences.

Ce projet se fixe comme objectif de combler ce vide. Il veut contribuer à placer les industriels de canton de Fribourg parmi le peloton de tête de ceux qui prendront des initiatives pour résolument prendre ce virage et par voie de conséquence maintenir et croitre, la vitalité, l’attractivité et le développement des atouts industriels du canton.

Partenaires

HES-SO//FR HEIA-FR Institut Sesi - CCIF - Cremo SA - Frewitt SA - Magtrol SA - Polytype SA - Romag aquacare AG - Sottas SA - Wago Contact SA

SysRO

Requirement-driven Optimization of System Concept with integrated Model Based Safety Analysis

Today's technical systems are getting more and more complex associated with the rapid increase of new technologies in a number of industrial domains. These systems have one feature in common: the constantly increasing amount and complexity of software. And they have to be safe against humans and the environment. Ascertaining the safe behavior of technical systems is key. Therefore, a number of safety regulations and standards have emerged just over the last decade. Consequently, there is a significant growth of the scope and the intensity of safety assessments of technical systems required to being compliant with these safety regulations and standards. However, this has also an impact on today’s approach of performing safety assessments which are predominantly carried out “manually”, i.e. today’s com- martially available and cross-industry used safety analysis tools are no longer up to date to cope with the complexity of technical systems. Regulations in aerospace demand to get off the traditional safety analysis way to a Model-Based Safety Analysis (MBSA) in order to minimize analysis errors as early as possible in the development phases of technical systems though the systems are getting constantly more complex. Model-based safety analysis has the benefits of identifying failure scenarios in a repetitive manner prior to the detailed design of technical systems and allows an auto- mated execution of the required safety assessments, hence, further reducing potential “human errors when analyzing systems safety. Other industries have already started to follow the aerospace approach.

In order to compete with the increasing complexity of technical systems in combination with the faster time-to-market demands guaranteeing the required level of safety, a framework for a requirements-driven optimization of the system concepts in conjunction with a Model-Based Safety Analysis (MBSA) respectively Model-Based Systems Engineering (MBSE) is proposed for this research project. This can be achieved by integrating MBSA into the MBSE based development of the system concepts. The Unique Selling Proposition is an automated MBSA by “automating” the safety analysis methods demanded by the relevant safety regulations/standards. This will help substantially reducing safety- engineering time in system development at a substantially higher level of reliability of the assessment results.

By automating the generation of safety analysis deliverables, the results of the research project will enable the industrial partners to identify earlier in the preliminary concept phase the critical and in many cases safety-related design aspects of complex technical systems. Moreover, moving towards the direction of a consequent model-based system design including automated analysis of possible system failures will help system developers to identify mismatches versus system requirements and system architecture and therefore system design as early as possible in the development cycle. It will optimize effort and costs by reducing or even avoiding design rework. It will help to overcome current practices in system development of industrial companies.

Partners

HES-SO//FR HEIA-FR ROSAS Center Fribourg - Brusa Elektronik AG - Johnson Electric - Liebherr Machine Bulle SA - Meggitt SA - Hochschule Ulm

SmartArcIO

Specific Environmentally-conscious Targets for Urban Planning

Le but est de développer un système de connexion économique, simple et rapide entre des capteurs de proximité industriels et un serveur de type "cloud". Il s'agit donc d'envoyer les données de mesures de ces capteurs de manière structurée, synchrone et compréhensive sur un portail web. Ce dernier permet ensuite de présenter les données sous une forme graphique claire et de faire des analyses précises tout en ayant un aperçu global de la situation. Le challenge principal réside dans la volonté d'envoyer les données sur le serveur par une connexion sans fil en limitant au maximum le nombre de composants impliqués dans la chaine de connexion. Un tel projet inclut beaucoup de compétences différentes tant software et hardware qui sont réunies grâce à la création d'un écosystème d'entreprises locales.

En cas de succès, le projet donnera naissance à une nouvelle solution IoT commercialisable dans différents secteurs, notamment celui de l'automation. Elle aidera notamment les équipes de maintenance d'une application industrielle à analyser et résoudre de manière efficace le problème d'un équipement complexe.

Partenaires

HES-SO//FR HEIA-FR Rosas Center Fribourg - Contrinex - Ginko Engineering - Institut des Systèmes d'Information eMbarqués (SIM) - Optimised Systems Technologies - Translait - Ascenseurs Ménétrey SA

INNOSQUARE CLUSTERS
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