Solutions Canada
en fr

HISTOIRES DE CAS


Aérospatiale - Bell Helicopter

Les chercheurs du CRM ont réduit le coût des tests de résistance physique des nouveaux modèles d’hélicoptères grâce à des méthodes de réduction des données identifiant les forces et les paramètres les plus importants, à partir des données recueillies lors des vols d’essai.

helicopter

Une partie importante de la conception d’un nouvel hélicoptère est le vol d’essai, pendant lequel des données sont recueillies pour mesurer les forces appliquées aux composantes de l’hélicoptère. Avant qu’un modèle d’hélicoptère soit approuvé, il faut s’assurer que le modèle peut résister à ces forces durant la vie moyenne de l’appareil. Un test de résistance physique coûte cher et prend beaucoup de temps; de plus il peut impliquer une demi-douzaine de forces seulement. Il est donc essentiel de choisir, en se basant sur les données du vol d’essai, les forces « correctes », c’est-à-dire les forces qui seront appliquées lors des tests de résistance. Les forces « correctes » sont les forces extrêmes (ou les plus importantes) dans les directions qui causent l’usure naturelle. La sélection de ces forces est ardue, puisque des millions de données sont recueillies pendant le vol d’essai et que chaque donnée est un point dans un espace de dimension élevée.

Traditionnellement Bell Helicopter utilisait l’expertise de ses ingénieurs pour déterminer quels points sont les plus importants. L’équipe de chercheurs (incluant un professeur, des stagiaires postdoctoraux et des étudiants du premier cycle et des cycles supérieurs) collabora avec l’équipe de Bell Helicopter et utilisa des concepts de l’analyse convexe et des mathématiques du calcul pour trouver les points extrêmes cherchés. Les résultats de l’algorithme « aveugle » (sans intervention humaine) concordaient avec les résultats fournis par les experts et ils furent obtenus suffisamment tôt pour être utilisés pendant les tests de résistance d’un nouveau modèle d’hélicoptère.

Énergie - Hydro-Québec

Les étudiants de l’atelier de résolution de problèmes ont développé pour TransÉnergie un prototype d’algorithme d’optimisation, qui a constitué la base d’un logiciel permettant d’optimiser les limites de charge électrique dans un réseau de transport à haute tension.

HydroTowers

Un réseau de transmission à l’échelle d’une province requiert le transport efficace de l’électricité produite afin de répondre aux demandes variées des consommateurs d’électricité. Les chercheurs Jean-Claude Rizzi et Guy Vanier (d’Hydro-Québec/TransÉnergie) conçoivent des méthodes d’optimisation des limites de puissance transmise par des réseaux à très haute tension.

En collaboration avec le professeur Michel Gendreau et des étudiants participant à un atelier de résolution de problèmes de Montréal, l’équipe formula le problème de manière abstraite et identifia des méthodes d’optimisation pour le résoudre. À la fin de l’atelier, une solution heuristique était proposée et déjà en cours d’implantation par deux des étudiants.

Le prototype se transforma en un outil de base des ingénieurs qui élaborent les stratégies d’exploitation du réseau. L’atelier permit aux chercheurs d’Hydro-Québec de progresser rapidement et d’avoir des échanges stimulants avec des chercheurs universitaires, dans une bonne atmosphère. Pour eux l’expérience de l’atelier fut aussi fructueuse qu’agréable.

Porte quantique - IQST

Une reformulation mathématique d’un problème clé de conception de porte quantique a abouti à une méthode de calcul efficace, consommant un temps exprimé en heures plutôt qu’en semaine ou en mois.

Qgate

Le coeur d’un ordinateur quantique est une porte quantique simple ayant plusieurs entrées et sorties contrôlant un certain nombre de quantums d’information de base appelés bits quantiques (« qubits » en anglais). Le groupe de recherche du Dr. Barry Sanders (de l’Université de Calgary) à l’Institut de science et technologie quantiques (IQST) a proposé une méthode originale d’apprentissage machine, appelée « évolution différentielle auto-adaptative avec sélection de sous-espaces ». Cette méthode permet de concevoir une porte quantique de trois bits de façon optimale mais ne peut être généralisée à plus de trois bits quantiques parce qu’elle consomme trop de temps.

L’IQST présenta ce problème à l’atelier de résolution du PIMS tenu en 2015 à l’Université de la Saskatchewan. La conception d’une porte quantique de 4 bits revient à résoudre un problème d’optimisation très difficile en 256 dimensions (256 étant égal à 4 à la puissance 4). Une reformulation mathématique du problème de conception mena à un problème de région réalisable, plus simple du point de vue algorithmique. En fin de compte un algorithme efficace permit de trouver la porte cherchée en quelques heures de calcul, au lieu de quelques semaines ou mois.

Ce travail résulta en une conception fonctionnelle d’une porte quantique de 4 bits, ce qui n’avait jamais été réalisé auparavant.

Hydrocarbures - Fotech

En réponse à la demande des marchés de l’imagerie sismique et de la surveillance des pipelines et des chemins de fer, une équipe d’un atelier de résolution de problèmes a proposé de nouveaux algorithmes pour traiter les signaux provenant des dispositifs de détection en fibre optique.

Les dispositifs de capteurs acoustiques répartis (CAR) consistent de longs câbles de fibre optique, utilisant un laser et un détecteur installés à une extrémité du câble pour capter des micro-vibrations se produisant en n’importe quel point de la fibre. De tels dispositifs peuvent être un moyen efficace et économique de cueillir des données sur des kilomètres d’infrastructures commerciales.

Dans les technologies actuelles de récupération du pétrole, les processus d’écoulement et de fracturation peuvent être surveillés par des capteurs acoustiques répartis (CAR) installés sur des câbles de fibre optique dans un forage. Le problème présenté en 2015 à l’atelier de résolution de problèmes du PIMS en Saskatchewan consistait à déterminer comment on peut utiliser des données de capteur à une composante pour trouver de l’information sur un hypocentre de fracture. La vitesse de déplacement, les équations iconales et la modélisation des données par les moindres carrés furent utilisées pour améliorer la résolution des capteurs.

Cette collaboration de recherche continua après l’atelier et se transforma en stage dans la compagnie Fotech (financé par le CRSNG), pendant lequel de nouveaux algorithmes de traitement du signal furent appliqués à d’autres problèmes de CAR (surveillance de pipelines, de chemins de fer, et d’autres infrastructures linéaires).

Gestion de mines - Potash Corporation

Un algorithme d’optimisation a été perfectionné et transformé en un outil interactif pour gérer le fonctionnement d’un réseau de mines de potasse situées partout au Canada.

PotashMine

La gestion d’un réseau de mines est complexe, parce que chaque mine a ses propres caractéristiques en termes de gamme de produits, de capacités diverses, de tailles d’inventaires, d’installations de traitement (pour raffiner des produits), et de coûts de transport.

La « Potash Corporation », dont le siège social se trouve en Saskatchewan, possède des mines dans le monde entier et fournit des engrais et des nutriments culturaux (essentiels en agriculture moderne) à des clients partout dans le monde.

La planification des ouvertures et fermetures des mines de potasse, ainsi que diverses contraintes fiscales et de main d’oeuvre, ont un impact crucial sur les opérations du réseau. L’objectif d’une exploitation minière commerciale est de maximiser les profits pendant une période assez longue, en tenant compte des contraintes de l’exploitation et en s’adaptant aux opportunités du marché. En 2015 la Potash Corporation présenta un défi aux participants de l’atelier de résolution de problèmes du PIMS: concevoir un algorithme pour optimiser les opérations du réseau de mines. Une des améliorations cruciales consista à montrer aux exploitants comment adapter l’algorithme à la volée, dans le but de fournir des résultats utiles et fiables pour des opérations concrètes s’étalant sur une longue période. Ce travail résulta en un logiciel interactif servant de prototype pour gérer les opérations minières réparties.

Fabrication - Michelin

L’assemblage des pneus d’automobile de haute performance a été rationalisé en utilisant la conception de tests statistiques et l’analyse harmonique pour garantir une qualité uniforme des pneus et une conduite lisse et tranquille (en plus d’entraîner des économies importantes pour l’entreprise).

tires

La Société Michelin exige que les pneus qu’elle fabrique soient très uniformes afin qu’ils offrent une conduite tranquille et lisse au consommateur automobile. Plus le pneu est uniforme, plus le trajet est silencieux et plus l’expérience de conduite est confortable. Un pneu d’automobile moderne est construit à partir de vingt couches ou plus de matériaux, y compris un joint étanche, des couches de caoutchouc, des cordes et des ceintures en acier, des agents de liaison et enfin une bande de roulement de surface pour compléter l’assemblage. L’alignement optimal des couches et des composants de liaison est essentiel à la performance du pneu assemblé.

Lors d’un atelier de résolution de problèmes industriels (IPSW) du PIMS à Calgary, Michelin posa le problème de la conception d’une procédure de tests rigoureuse pour guider la construction et l’analyse de ses pneus; il s’agissait d’obtenir une superposition optimale des composants afin de fabriquer un pneu uniforme. Une équipe de mathématiciens et de statisticiens élabora un protocole de tests réussi grâce à des techniques avancées d’analyse harmonique, de conception de plans d’expérience et de simulation Monte-Carlo. Un deuxième atelier, qui eut lieu à Vancouver, étendit les procédures de tests afin d’y inclure la méthode des bons points de treillis (« Good Lattice Points » en anglais), la prise en compte des fréquences inharmoniques dans la non-uniformité du pneu, et la réduction optimale de certaines fréquences ayant un effet marqué sur le confort du consommateur.

La société Michelin a mis en oeuvre cette nouvelle procédure de tests dans ses usines et a réalisé des économies de centaines de milliers de dollars par année.