Contribution à l'analyse de sûreté de fonctionnement des systèmes complexes en phase de conception : application à l'évaluation des missions d'un réseau de capteurs de présence humaine, Contribution to reliability analysis of complex systems during their design phase : application to the evaluation of human sensors networks missions

Pierre David

Description

Sous la direction de Frédéric Kratz
Thèse soutenue le 09 novembre 2009: Orléans
La complexité des nouveaux systèmes ne cesse de grandir, en terme d’intégration de multiples technologies, de nombre de composants, ainsi qu’en terme de performances attendues. De plus, leur phase de conception doit également garantir la tenue de délais stricts pour un coût maîtrisé. Beaucoup de ces systèmes doivent notamment fournir des performances élevées en terme de Sûreté de Fonctionnement (SdF). Les analyses de SdF à mener dans ces cas doivent concilier temps et qualité d’étude, être réalisées à des niveaux de description parfois peu élevés et être capables de traiter de multiples technologies. C’est pourquoi nous avons cherché durant cette thèse à décrire une méthode d’analyse de la SdF des systèmes complexes, intégrée aux méthodes d’Ingénierie Système (IS) utilisées, que nous avons nommé MéDISIS. Les travaux de cette thèse s’attachent donc à rendre plus efficaces les analyses de SdF au cours du processus d’IS, en créant des outils et méthodes intégrés aux outils actuels de conception et proposant un support efficace pour les études SdF. Les méthodes d’Ingénierie Système Basée sur les Modèles sont les plus efficaces pour la création de tels systèmes. Nous plaçons donc ces travaux dans un référentiel utilisant un modèle central, que nous supposons écrit en SysML. Nous avons alors approfondi 3 axes de recherches : Utiliser le langage SysML comme point d’ancrage du processus d’IS intégrant les analyses de SdF, Extraire des diagrammes SysML fonctionnels les informations nécessaires aux études de risques et Exploiter les représentations SysML pour les études formelles de SdF. Dans ce contexte, nous illustrons l’emploi de MéDISIS sur la problématique du projet CAPTHOM, dont l’objectif est de bâtir une solution innovante pour la détection de présence humaine. Cette recherche nous conduit à la réalisation d’un simulateur de réseau de capteurs capable d’évaluer la réponse à des scénarios de stimulation et d’optimiser le placement des capteurs.
-Réseau de capteur de présence humaine
-Analyse de sûreté de fonctionnement
The design processes of new innovative systems must be able to master the increasing complexity brought by the need of integrating multiple technologies, utilized by even more components with high awaited performances. Moreover, stakeholders impose strict delays and costs on their development phase. Many of those systems are intended to possess strong reliability performances. This kind of system must include in their design phase complicated reliability analysis, within a limited time and with limited resources. Therefore, we tackle in this thesis the construction of a methodology, named MéDISIS, for integrating reliability analysis in the design processes using Model-Based System Engineering techniques. The main goal of this work is to make the reliability analysis more efficient during the engineering process, by creating methods and tools using or being included in the current design softwares utilised by system engineers. As we assume that SysML is the best language for Model-Based System Engineering, we developed 3 axes: Using SysML as the language used for the central model of all developments. Extracting the needed information on the dysfunctional behaviour, from functional SysML description studied with classic FMEA-like techniques. Setting translations between SysML descriptions and formal models for reliability studies. Finally, the use of MéDISIS is exemplified on the CAPTHOM project, aiming at developing a new human presence sensor. This study leads us to create a simulation and optimisation software for sensor networks design.
-Human sensors networks
-Reliability analysis
Source: http://www.theses.fr/2009ORLE2033/document

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

UNIVERSITÉ D’ORLÉANS


ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIES

Institut PRISME

THÈSE présentée par :
Pierre DAVID


soutenue le : 9 novembre 2009

pour obtenir le grade de : Docteur de l’université d’Orléans
Discipline : Sciences et Technologies Industrielles


Contribution à l’analyse de sûreté de fonc-
tionnement des systèmes complexes en
phase de conception : application à
l’évaluation des missions d’un réseau de
capteurs de présence humaine


THÈSE dirigée par :
Frédéric KRATZ Professeur des Universités, ENSIB

RAPPORTEURS :
Jean-François AUBRY Professeur des Universités, INPL/ENSEM
Jean-Jacques LESAGE Professeur des Universités, ENS Cachan
____________________________________________________________________

JURY :
Youssoufi TOURE Professeur des Universités, Université d’Orléans, Président
Jean-François AUBRY Professeur des Universités, INPL/ENSEM
Jean-Jacques LESAGE Professeur des Universités, ENS Cachan
Emmanuel ARBARETIER EADS APSYS
Stéphane JUILLOT Wirecom Technologies
Antoine RAUZY Dassault Systèmes
Vincent IDASIAK Maître de Conférences, ENSIB
Frédéric KRATZ Professeur des Universités, ENSIB

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tel-00464735, version 1 - 17 Mar 2010Remerciements

Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés au Laboratoire Vision et Ro-
botique (LVR) intégrant par la suite l’Institut PRISME et ont été accueillis au sein de sa
partie située à l’Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Bourges (ENSIB). Ils ont
été soutenus par le pôle de compétitivité S2E2, à travers le projet CAPTHOM.

Je tiens en premier lieu à remercier Monsieur Youssoufi Touré, Professeur des Uni-
versités, Directeur successivement du LVR et de l’Institut PRISME, de m’avoir accueil-
li au sein de son laboratoire et d’avoir accepté d’être présent dans le jury. Je remercie
également Monsieur Thierry Allard, Président du pôle S2E2, d’avoir permis la réalisa-
tion de ces travaux. Je remercie également Monsieur Joël Allain, pour la mise à disposi-
tion des moyens de l’ENSIB et de m’avoir ainsi permis de concrétiser ces travaux dans
les meilleures conditions qui soient.

Ces travaux ont été dirigés par Monsieur Frédéric Kratz, Professeur des Universités à
l’ENSIB et Monsieur Vincent Idasiak, Maître de Conférences à l’ENSIB, à qui je sou-
haite exprimer toute ma reconnaissance pour ces années de travail extrêmement enri-
chissantes, rigoureuses et conviviales. Je tiens à les remercier pour leur disponibilité,
leurs grandes compétences scientifiques et leur soutien tout au long de cette thèse. Mer-
ci tout spécialement à Frédéric pour son encadrement ‘à la virgule près’. Merci égale-
ment à Joe Dariak pour cette traversée du Mékong qui restera pour moi comme un té-
moignage d’amitié et une aventure humaine fondatrice.

Je remercie Messieurs Jean-François Aubry et Jean-Jacques Lesage, respectivement
Professeur des Universités à l’Ecole Nationale Supérieure d’Electricité et de Mécanique
de l’Institut National Polytechnique de Lorraine et Professeur des Universités à l’Ecole
Nationale Supérieure de Cachan, qui ont accepté la charge de rapporteur. Ils ont égale-
ment accepté de participer à mon jury, qu’ils trouvent ici l’expression de ma plus pro-
fonde reconnaissance.

Je remercie également l’ensemble des membres du jury qui ont accepté d’examiner
avec attention ces travaux : Monsieur Emmanuel Arbaretier, Responsable du pôle
activité logicielle chez EADS/APSYS, Monsieur Stéphane Juillot, Directeur Recherche
et Développements chez Wirecom Technologies et Monsieur Antoine Rauzy,
Responsable CATIA Systems chez Dassault Systèmes.

Je souhaite remercier Monsieur Yves Parmentier, animateur du pôle Capteurs et Au-
tomatismes, ainsi que tous les personnels de l’Institut PRISME et de l’ENSIB pour la
disponibilité et l’extrême compétence dont ils ont fait preuve, afin de rendre le déroule-
ment de cette thèse très efficace et agréable. Je pense notamment à Madame Laure Spi-
na dont l’aide m’a été particulièrement précieuse.

J’adresse aussi mes remerciements à tous les membres du projet CAPTHOM pour
leur participation, réflexions, conseils et intérêt pour ces travaux.

Mes remerciements chaleureux vont vers les membres de l’équipe MCDS. Je sou-
haite également exprimer ma reconnaissance à tous les occupants du couloir pour la
chaleureuse ambiance. Merci donc à Hélène, Serge, Adel et Benoit.
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tel-00464735, version 1 - 17 Mar 2010
Je souhaite exprimer mes sincères remerciements à tous les docteurs et doctorants de
l’Institut PRISME que j’ai pu côtoyer au cours de ces trois années. Je pense spéciale-
ment à Hazem, Hamid, Guillaume, Baptiste, Davidou et Rudi (aka Gunther). J’exprime
une pensée particulière à mes collègues du projet CAPTHOM : Antoine, Yannick et
Damien. Merci à Antoine pour ta classe, ton optimisme et ta présence (humaine assuré-
ment). Merci à Yannick pour ta juste ‘vision’ des choses, ton soutien et ton amitié. Men-
tion spéciale pour Damien, dont j’ai eu l’honneur de partager le bureau pendant ces trois
ans, tu es bien plus qu’un défouloir : un véritable ami !

Je remercie mes amis qui m’ont suivi de près et apporté leur soutien pendant ces trois
années. Un grand merci à toute ma famille pour leur soutien et leur attention et une pen-
sée très particulière pour mes grands-mères. Je remercie également toute la famille de
Claire. Merci à Lucie, Vincent, Xavier, Julie, Bernard et Viviane. Merci à mon frère
Damien et à Sandrine. Merci à mes parents d’être là depuis le début, à chaque pas de
plus et pour leur amour inconditionnel. Enfin, mes plus grands remerciements vont à
Claire. C’est grâce à toi que cela a été possible, tu sais tout ce que tu représentes à mes
yeux. C’est à toi que je dédie ce mémoire.
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tel-00464735, version 1 - 17 Mar 2010Table des matières
REMERCIEMENTS 3
TABLE DES MATIERES 5
GLOSSAIRE 11
INTRODUCTION GENERALE 13
I. LES DEFIS DU DEVELOPPEMENT DES SYSTEMES A FORTES
CONTRAINTES DE SURETE DE FONCTIONNEMENT 17
I.1 INTRODUCTION 19
I.2 LE PROCESSUS D’INGENIERIE SYSTEME 21
I.2.1 L’IS ET LES TERMES EMPLOYES 21
I.2.2 LE PROCESSUS D’IS 23
I.2.3 LES EFFORTS DE STANDARDISATION DU PROCESSUS D’IS 25
I.2.4 PRINCIPES ET CARACTERISTIQUES DE L’ISBM 28
I.2.5 LE LANGAGE SYSML 30
I.2.5.1 Les origines de SysML 31
I.2.5.2 Présentation synthétique de SysML 32
I.2.5.2.1 La notion de block 33
I.2.5.2.2 L’axe structurel 34
I.2.5.2.3 L’axe comportemental 35
I.2.5.2.4 Le support à l’IS 36
I.2.5.3 SysML au cœur de l’ISBM 38
I.3 INTEGRER LES ANALYSES SDF A L’ISBM ET A L’EDS 39
I.3.1 LES NOTIONS DE L’ANALYSE DE SDF DES SYSTEMES 39
I.3.2 DU MODELE FONCTIONNEL A LA CONNAISSANCE DU COMPORTEMENT
DYSFONCTIONNEL 40
I.3.2.1 L’AMDEC : présentation et objectifs 40
I.3.2.2 Les forces et faiblesses de l’AMDEC 42
I.3.2.3 Les travaux relatifs aux AMDEC 43
I.3.3 EVALUATION DU COMPORTEMENT GLOBAL DU SYSTEME : QUANTIFICATION ET
VALIDATION DES ATTRIBUTS DE SDF 46
I.3.3.1 Les RdP Stochastiques Généralisés 47
I.3.3.2 Le langage AltaRica Data Flow 47
I.3.3.3 Le langage FIGARO et les BDMP 48
I.3.4 INTEGRER LES ANALYSES DE SDF A L’ISBM 48
I.3.4.1 Utilisation d’UML/SysML pour les analyses de SdF 49
I.3.4.2 MéDISIS : Les analyses SdF au cœur de l’ISBM 51
I.4 CONCLUSION 55
5
tel-00464735, version 1 - 17 Mar 2010II. LA REALISATION D’AMDEC A PARTIR DE MODELES SYSML : UN
SUPPORT, DES APPORTS, UNE ASSISTANCE AU DEPLOIEMENT 57
II.1 INTRODUCTION 59
II.2 FORMALISATION DE LA SEMANTIQUE DES AMDEC 60
II.2.1 LES NOTIONS DE COMPOSANT ET FONCTION 60
II.2.2 L’AMDEC FONCTIONNELLE 60
II.2.2.1 Le métamodèle 61
II.2.2.2 Expression des MdD 62
II.2.2.3 Causes, effets : naissance et propagation des défaillances 63
II.2.2.4 Cotations et gestion du risque 63
II.2.3 L’AMDEC COMPOSANT 64
II.2.3.1 Le métamodèle &