Titre : Méthodologie de conception de jumeaux numériques des systèmes industriels de production pour une aide à la décision opérationnelle dans le cadre d’une consommation énergétique maitrisée
Début de thèse : 2023
Fin de thèse : septembre 2026
Résumé :
Il existe aujourd’hui beaucoup de solutions pour le pilotage d’usine à long et moyen terme (en d’autres termes stratégique et tactique : dimensionnement global d’usine, choix d’implantation, choix logistique interne et externe, …) basées sur des modèles détaillés, longs et complexes à construire en raison du nombre important d’inputs, de règles de gestion, etc. Ces modèles de jumeaux numériques s’appuient généralement sur des techniques de simulation de flux et ne couvrent que les aspects liés aux systèmes de production. Ils ne permettent donc pas d’offrir une vue prédictive globale des aspects de consommation d’énergie et d’émissions de CO2 – qui sont des sujets prioritaires dans tous les groupes industriels aujourd’hui. Pour référence, sur une usine automobile type, 50% de la consommation est liée aux systèmes de production et 50% aux bâtiments, systèmes de chauffage et de confort, etc… Il faut aussi noter que ces modèles ne permettent généralement pas d’accompagner les entreprises pour des prises de décision sur le court terme voire le temps réel. Les modèles sont trop longs à créer ou trop long à exécuter.
La finalité de cette thèse est donc de proposer des solutions pour :
(1) Intégrer les aspects énergétiques afin de construire un jumeau numérique holistique d’une usine qui étend les approches de simulation de flux avec des modèles prédictifs liés aux bâtiments et systèmes de chauffage et ventilation.
(2) Rendre rapide et adéquat la construction et l’utilisation de modèles de simulation (Jumeaux Numériques), notamment pour la prise en compte des aspects énergétiques, que ce soit les aspects consommation en CO2 ou les aspects coût de l’énergie) en respectant la règle des 3 “S” : Simplicité de conception, Simplicité de maintenance et Simplicité d’utilisation.
En se basant sur les travaux réalisés dans le laboratoire d’accueil sur les Jumeaux Numériques, et en prenant support sur les plateformes disponibles à Mines Saint-Etienne (DIWII, IT’mFactory), plusieurs pistes pourront être explorées et croisées pour répondre à ces enjeux. On peut citer par exemple :
- La création automatique ou semi-automatique de modèles,
- La connexion des différents systèmes d’information, et la prise en compte des ontologies des données,
- La réduction des temps de calculs par la mise en œuvre d’une architecture information adaptée,
- La méta-modélisation (construire des modèles de simulation par apprentissage)
La méthodologie retenue pour réaliser ces travaux de thèse est la suivante :
- Mener à bien une revue de la littérature académique et industrielle sur différents sujets concernés,
- Cartographier, Typer, Labelliser les données nécessaires à la création du Jumeau Numérique (JN),
- Développer et outiller la/les méthode de construction de d’exécution du JN,
- Développer et outiller les moyens et techniques pour la mise en œuvre du JN,
- Intégrer techniquement les outils et moyens développés ci-avant pour faire émerger une preuve de concept (POC) en relation avec les End-User partenaires de la Chaire, et valider le POC dans un contexte plus général d’aide au pilotage opérationnel
- S’impliquer dans une campagne de publication et de diffusion vers les communautés académiques et industrielles.
Mots clés : Modélisation, Jumeaux Numériques, flux, consommation énergétique,
Date de soutenance prévue : …
Encadrement :
- Directeur de thèse : Frédéric Grimaud, Maître assistant Mines Saint-Étienne, LIMOS
Partenaires ou/et Financeurs :
Chaire « Digital Twin for Industrial System »
Objectifs de développement durable concernés :
Publications
- This poster, presented at the HCERES* audit of the LIMOS laboratory in 2025, summarizes several contributions of the St-Etienne applied mathematics team of the LIMOS made between 2023 and 2025. * HCERES : Haut Conseil de l'Evaluation de la Recherche et de l'Enseignement Supérieur
- The industry is currently affected by resource scarcity, including energy, water, gas, etc. Managing these resources has not been given much attention by the industry, even though it directly affects its performance. With rising energy costs, regulatory requirements, and environmental issues, it becomes necessary to estimate and control the energy consumption of manufacturing systems. This […]
- […]
- Product Service System (PSS) design is shaped by different needs, requirements, and stakeholders. It involves understanding the needs and preferences of various stakeholders, balancing conflicting requirements, and integrating different sustainability concerns. Thus, a successful PSS design requires a systematic approach to effectively guide multi-criteria and collaborative decision-making. This article focuses on the collaborative decision-making process […]
- Digital twins have emerged as a promising technology in sustainability efforts, particularly in managing critical resources. Of these resources, water has assumed critical importance across various industries, necessitating effective management strategies. This paper explores the application of digital twins that include not only product flow but also other as energy and fluid flow. Our main […]
- […]
- En phase de conception, la configuration d'une solution Systèmes Produits-Services (SPS) est caractérisée par (i) une diversité de macro-composants, (ii) d'offres de services et (iii) de modèles économiques [1]. Dans ce processus, il est essentiel d'impliquer les différentes parties prenantes pour tenir compte de leurs rôles, intérêts et attentes [2]. Les parties prenantes peuvent envisager […]
Actualités
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- Victor Trappler, enseignant-chercheur à l’Institut Fayol et membre du laboratoire LIMOS, a participé à l’école ASQUIOM (Analyse de Sensibilité, QUantification des Incertitudes et Optimisation des Modèles numériques), organisée du 15 au 19 juin 2026 à l’École Centrale de Lyon par … Lire la Suite →
- Vendredi 26 juin 2026, l’École des Mines de Saint-Étienne a accueilli la Journée au vert COACTIS IA, une journée dédiée à l’utilisation des IA génératives dans la recherche. Cet événement a réuni chercheurs et chercheuses pour échanger sur les enjeux, … Lire la Suite →
- Jean-Philippe Toppia, doctorant en sciences de gestion au sein du laboratoire Coactis, a soutenu sa thèse le 29 juin 2026 à l’Université Jean Monnet de Saint-Etienne. Le manuscrit de thèse s’intitule « Responsabilité Numérique des Entreprises et tensions de rôle … Lire la Suite →
- Sandrine Berger-Douce, enseignante-chercheure et membre du laboratoire Coactis, a participé au jury de thèse de M. Jean-Alain Jonik, le 25 juin 2026 à l’Université de Bordeaux. Le manuscrit de thèse s’intitule « Services fonctionnels et Responsabilité Sociétale d’Entreprise: Un appui … Lire la Suite →
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- Les 57èmes Journées de Statistique de la SFdS se sont tenues du 1er au 5 juin 2026 sur le campus des Cézeaux de l’Université Clermont Auvergne. Charbel Al Tannoury, ingénieur de recherche et Anis Hoayek, enseignant chercheur à l’Institut Fayol … Lire la Suite →