Investigation of a Common Framework for Models Interoperability in the Digital Twin(s) of Flexible Production Line

Les jumeaux numériques (JN) promettent une compréhension du cycle de vie et une optimisation en boucle fermée. Pourtant, les projets actuels sont fragmentés par des outils, des formats et une sémantique hétérogènes. Cette thèse s'interroge : comment assurer l'interopérabilité des modèles entre des représentations et des outils hétérogènes dans les écosystèmes de JN de fabrication ? Elle décompose cette question fondamentale (QR0) en cinq sous-questions portant sur les obstacles, l'évaluation de la maturité, l'architecture, les composants clés et la validation.Méthodologiquement, le travail se déroule en trois phases. Premièrement, une revue de la littérature diagnostique les lacunes conceptuelles et évaluatives et distille les exigences d'interopérabilité et d'évaluation (Phase I). Deuxièmement, la thèse conçoit deux artefacts (Phase II) : (i) un modèle de maturité JN neutre au niveau du domaine, comportant quatre dimensions : Capacité, Coopérabilité, Exhaustivité et Couverture du cycle de vie (Cap/Cor/Com/Lc) – afin de transformer l'« interopérabilité » en objectifs mesurables ; et (ii) un cadre d'interopérabilité basé sur des ontologies, le Semantic Hub, qui transforme les modèles de conception et de simulation en graphes de connaissances et assure la traduction/transformation bidirectionnelle entre les outils grâce à deux ontologies de domaine : l'ontologie de conception de système (SysDO) et l'ontologie de simulation (SMO), ainsi que des services d'analyse et de cartographie. Les contributions correspondent aux QR comme suit : C6 (revue de la littérature) → QR1 ; C5 (modèle de maturité) → QR2 ; C1 (Semantic Hub) → QR3 ; C2-C4 (SysDO, SMO, analyse/cartographie) → QR4 ; la QR5 est abordée par des études de cas.L'architecture du Semantic Hub repose sur (a) des ontologies de référence multicouches, (b) des règles de cartographie sémantique (génériques et spécifiques au domaine), et (c) des services d'analyse/génération qui matérialisent les modèles sous forme de graphes de connaissances sous SysDO/SMO. Cette conception permet un échange traçable et indépendant des outils au niveau sémantique (plutôt que purement syntaxique) et prend en charge à la fois la traduction (préservation du contexte) et la transformation (changement de contexte) des modèles.La phase III valide les artefacts dans deux contextes : CHAIKMAT (une ligne de production flexible à l'échelle du laboratoire avec des modèles SysML/BPMN/AnyLogic) et EXCELAB (une ligne de production de formation Airbus avec des modèles de conception et de simulation multigranulaires). Nous exécutons des requêtes de questions de compétences sur des graphes analysés, démontrons la traduction et la transformation entre les outils, et appliquons le modèle de maturité aux évaluations initiales et post-intégration. Les résultats montrent une amélioration de la coopérabilité et de la couverture du cycle de vie, avec des gains indirects en termes de capacité et d'exhaustivité grâce à des règles réutilisables et indépendantes des outils.Globalement, la thèse fait progresser la pratique de la DT en (1) clarifiant les points d'arrêt des projets (discontinuité sémantique entre modèles hétérogènes et faible traçabilité du cycle de vie), (2) fournissant un modèle de maturité opérationnelle et (3) proposant un mécanisme basé sur une ontologie (SysDO/SMO + Semantic Hub) qui étend l'interopérabilité au-delà des adaptateurs par paires. Cette approche est validée dans les milieux universitaires et industriels et est généralisable à des écosystèmes de DT plus vastes.