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Soutenance de thèse de doctorat
Jean-René Ruault
Thèse co-dirigée par
Frédéric Vanderhaegen (Département Automatique) et
Christophe Kolski (Département Informatique)
7 juillet 2015
Proposition d’architecture et de processus
pour la résilience des systèmes ;
application aux systèmes critiques à longue
durée de vie
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 2
 Introduction
 État de l’art
 C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience
 C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques
 C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée
utilisateur et architecture des systèmes interactifs
 Proposition
 C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la
résilience des systèmes critiques
 C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système
résilient
 C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience
d’un système critique à longue durée de vie
 Application
 C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et
alerter » et du persona
 Conclusion générale et perspectives de recherche
SommaireSommaire
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 3
 Introduction
 État de l’art
 C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience
 C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques
 C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée
utilisateur et architecture des systèmes interactifs
 Proposition
 C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la
résilience des systèmes critiques
 C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système
résilient
 C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience
d’un système critique à longue durée de vie
 Application
 C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et
alerter » et du persona
 Conclusion générale et perspectives de recherche
SommaireSommaire
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 4
Système ferroviaire : exemple de système
 Maillage d’un territoire, démographie,
zone d’activité et zone d’habitat, sens et
fréquence des voyages …
 Géologie, génie civil, impacts urbains,
impacts environnementaux …
 Voyage de bout en bout
 Exploitation du réseau, gestion des
servitudes (électrique, communication, …)
 Commercialisation
 Entretien du réseau, du matériel, des
servitudes
 …
C2
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
5Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion
Constat :
• Systèmes dérivant et mis en œuvre hors du domaine de définition
• Opérateurs perdant la conscience de la situation et le contrôle des
systèmes; ils ne peuvent parfois éviter les accidents
Contexte :
• Systèmes critiques à longue durée de vie
Objectif :
• Donner aux opérateurs la capacité de piloter à vue pour éviter les
accidents; rendre les systèmes résilients
• Passer d’une résilience statique à une résilience dynamique tenant
compte des réelles conditions d’usage opérationnel
Proposition :
• Le patron de conception « surveiller et alerter » pour
l’architecture d’un système résilient
• Processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience d’un
système
Application :
• Analyse d’accidents dans le domaine ferroviaire
• Application du patron de conception « surveiller et alerter »
• Application du modèle utilisateur « persona » pour modéliser les
opérateurs
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
6Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion
Conception Réalisation Utilisation Démantèlement
Vie d’un système
Temps
T0 2 ans 5 ans 30 ans 35ans
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
7Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion
Ingénierie système
Approche multidisciplinaire, technique et managériale, visant à transformer des besoins et
contraintes en une solution et à maintenir cette solution tout au long de la vie du système
[ISO, 2015]
Architecture
Organisation des constituants d’un système, de leurs relations fonctionnelles et dynamiques [ISO, 2010]
Système
Ensemble de matériels, logiciels, personnels et processus opérationnels, organisés de manière à satisfaire les
besoins et à remplir les services attendus, dans un environnement donné [Luzeaux et Ruault, 2013]
Résilience
Capacité d’un système à s’ajuster face à des événements perturbateurs [Luzeaux, 2011]
Proposition d’architecture et de processus pour la résilience des
systèmes ; application aux systèmes critiques à longue durée de vie
Processus
Architecture
Système
Convention d’écriture
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 8
 Introduction
 État de l’art
 C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience
 C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques
 C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée
utilisateur et architecture des systèmes interactifs
 Proposition
 C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la
résilience des systèmes critiques
 C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système
résilient
 C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience
d’un système critique à longue durée de vie
 Application
 C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et
alerter » et du persona
 Conclusion générale et perspectives de recherche
SommaireSommaire
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 9
Evaluer les risques
prévisibles, anticiper
S’adapter face aux
évènements imprévisibles
Conception Réalisation Utilisation
Temps
De la sûreté de fonctionnement à la résilience
Parfaite compréhension
des conditions
d’utilisation
Évènements
imprévisibles, situations
sans précédent
Conscience partagée de
la situation
Résilience :
éviter, résister,
restaurer,
s’adapter
Conseil : surveiller le
système en opération
Résilience niveau 1
Résilience comme
caractéristique statique
Résilience niveau 2
Résilience comme
processus dynamique
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 10C2
Processus
Architecture
Système
[ISO, 2015 ; Meinadier & Fiorèse, 2012 ; Boy, 2012; Ruault et al., 2014]
Architecture
fonctionnelle
Architecture
physique
class Borne_Interfaces
BornierBornierBornier
Prise_ElectriquePrise_ElectriquePrise_Electrique
Lecteur_BadgeLecteur_BadgeLecteur_BadgeConnexion_SuperviseurConnexion_SuperviseurConnexion_Superviseur
«System»
Borne_Rechargement
+ Intensite = 16 A; 32A; 63A
+ Puissance = 3,7kW ; 22kW; 43 kW
+ Type = 3
+ Type_Charge = Normale; Acce...
+ Type_Reseau = Monophase 240 V...
«Back_Office»
+ Alerter_Superviseur_Panne()
+ Controler_Fct_Borne()
+ Proteger_Borne_et_Environnement()
+ Rendre_Compte_Rechargements_Effectues()
«Front_Office»
+ Identifier_Client()
+ Payer()
+ Recharger()
BornierBornier
Prise_ElectriquePrise_Electrique
Lecteur_BadgeLecteur_BadgeConnexion_SuperviseurConnexion_Superviseur
BornierBornierBornier
«Environment»
Réseau_Electrique
+ Intensite = 16A, 32A, 63A, ...
+ Puissance = 22 kW, 43kW, ...
+ Type_Reseau = Monophase, Triphase
+ Delivrer_Electricite()
BornierBornier
Prise_ElectriquePrise_ElectriquePrise_Electrique
«Environment»
VE
+ Type = 3
Prise_ElectriquePrise_Electrique
«Environment»
Badge_Abonnement
+ Abo_Rechargement_VE
+ Num_Abonnement
+ Type_Badge = RFID
Connexion_BornesConnexion_BornesConnexion_Bornes
«Environment»
Superviseur
+ Gerer_Clientele()
+ Superviser_Borne()
Connexion_BornesConnexion_Bornes
ElectriciteElectricite
Donnees_Abonnement
Donnees_Supervision
Name:
Package:
Version:
Author:
Borne_Interfaces
Charge_VE
1.0
Ruault
Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques
Qu’est-ce qu’un
système ?
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 11C2
Caractéristiques d’un patron
de conception
• Nom
• Objectif
• Problème à résoudre
• Solution
• …
Exemples de patrons de
conception
• Adaptateur
• Observateur
• Publication / souscription
• Proxy
Patron de conception
[Cloutier & Verma, 2007]
Surveillance
de l’état et
de l’usage du
système
(HUMS)
Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques
[Alexander et al., 1977]
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 12
Architecture IHM ; modèles
CAMELEON et MVC
C3
[Calvary et
al., 2003]
[Nunes & Cunha, 2001]
Processus de conception
centrée utilisateur
Processus d’appropriation
• Le système est transformé par l’usage et le système transforme
l’usage
• Conception pour l’appropriation / par l’appropriation
[Fidock et al., 2010]
Modèle utilisateur – persona
• Rendre compte des utilisateurs à différents horizons
temporels du cycle de vie système
• Incarnation du persona (avec photographie)
• Facilite le travail du concepteur
[Brangier et al., 2012]
Ergonomie prospective
• Anticiper les besoins et les activités des futurs utilisateurs
• Scénarios d’usage pour concevoir de nouveaux produits et services
[Robert & Brangier, 2009]
Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 13
C1 C2 C3
Processus pour la conception d’un
système résilient
Surveiller le
système en
opération
Surveillance de
l’usage et de
l’état du
système
Patron de
conception de
l’architecture
Systèmes
critiques à
longue
durée de
vie
Résilience ;
naviguer à vue
S’adapter face
aux évènements
imprévisibles
Conscience
partagée de
la situation
Processus
d’appropriation
Ergonomie
prospective
Persona
individuel
et collectif
Architecture
IHM
Patron de conception
« surveiller et alerter »
De la résilience comme caractéristique statique
À la résilience comme processus dynamique
C1
De la sûreté de fonctionnement à la résilience
C2
Ingénierie Système appliquée
aux systèmes critiques
C3
Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 14
 Introduction
 État de l’art
 C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience
 C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques
 C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée
utilisateur et architecture des systèmes interactifs
 Proposition
 C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la
résilience des systèmes critiques
 C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système
résilient
 C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience
d’un système critique à longue durée de vie
 Application
 C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et
alerter » et du persona
 Conclusion générale et perspectives de recherche
SommaireSommaire
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 15
A
B
C
D
Temps
3
Accident E
Légende :
• Trajectoire spécifiée:
• Trajectoire réelle:
• Variabilité spécifiée:
• Variabilité réelle:
• Point de situation:
• Marges de sécurité:
• Barrières :
• Franchissement de barrières
• Déviation
• Signal de danger
X
1
1
2
C4
Fonctionner en dehors du domaine de définition du système
[Adapté de Ruault et al., 2013]
Positionnement de la contribution
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 16
ibd [Package] Structure_Système [Structure_Système]
«Usage»
Recueillir_Usage
«Alerte» Alerter
:Système_Surv eillance_Usage
::Système_Surveillance_Usage
+ Recueillir_Usage()
+ Alerter() :Alerte
«Usage»
Recueillir_Usage
«Alerte» Alerter
«Usage»
Information_Usage
«Etat_Courant»
+ Statut_Barrières :Etat_Courant
+ Nombre_Autorisations :Etat_Courant
+ Variabilité_Courante :Etat_Courant
«Alerte»
Alerte
«Alerte»
+ Niveau_Risque :Alerte
+ Description_Système :Alerte
+ Etat :Alerte
+ Conseil :Alerte
+ Localisation :Alerte
«Alerter»
Alerter
«Interface_Utilisateur»
Interface_Utilisateur
«Interface_Utilisateur»
+ Interagir_avec_Utilisateur()
«Alerter»
Alerter
«Usage»
Montrer_Usage
«Système_Opérant,block»
Système_Opérant
«Composant»
+ Dispositif_Sécurité
+ Barrières
+ Montrer_Usage() :Usage
«Usage»
Montrer_Usage
«Alerte»
«Usage»
C5
Patron de
conception
« surveiller
et alerter »
Interfaces et flux entre systèmes opérant,
surveillance d’usage et interactif :
intégration de technologies existantes
Patron de conception
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 17
bdd [Package] Structure_Système [Modèle_Données_Alerte]
«Modèle_Données_Alerte»
Alerte
«Niveau_Risque»
+ Probabilité = Fréquent, Proba...
+ Criticité = Elevé, Sérieux,...
+ Sévérité = Catastrophique,...
«Description_Système»
+ Identifiant_Composant_Système
«Etat»
+ Données_Etat_Détecté :Données_Historiées
+ Problème_Diagnostiqué
+ Dérives
+ Etat_Courant
+ Etat_Référence
+ Ecart_Etat_Courant_vs_Etat_Référence
+ Proximité_Danger
+ Type_Danger_Identifé
+ Marges_Sécurité
«Conseil»
+ Action_Recommandée
«Contexte_Alerte»
+ Date
+ Heure
+ Coordonnées_GPS
«Niveau_Confiance»
+ Niveau_Confiance
C5
Patron de
conception
« surveiller
et alerter »
Modèle de données des alertes
échangées entre systèmes
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 18C5
ibd [Package] Structure_Système [Communication_Distribuée]
«Système_Principal»
Système_A
«Système_Opérant»
+ Exploiter() :void
+ Montrer_Usage() :Usage
«Système_Surveillance_Usage»
+ Recueillir_Usage()
+ Alerter() :Alerte
«Interface_Utilisateur»
+ Interagir_avec_Utilisateur() :void
«Système_Principal»
Système_B
«Système_Opérant»
+ Exploiter() :void
+ Montrer_Usage() :Usage
«Système_Surveillance_Usage»
+ Recueillir_Usage()
+ Alerter() :Alerte
«Interface_Utilisateur»
+ Interagir_avec_Utilisateur() :void
«Système_Principal»
Système_C
«Système_Opérant»
+ Exploiter() :void
+ Montrer_Usage() :Usage
«Système_Surveillance_Usage»
+ Recueillir_Usage()
+ Alerter() :Alerte
«Interface_Utilisateur»
+ Interagir_avec_Utilisateur() :void
«Système_Principal»
Système_D
«Système_Opérant»
+ Exploiter() :void
+ Montrer_Usage() :Usage
«Système_Surveillance_Usage»
+ Recueillir_Usage() :void
+ Alerter() :Alerte
«Interface_Utilisateur»
+ Interagir_avec_Utilisateur() :void
«Alerte»
«Alerte»
«Alerte»
«Alerte»
Patron de
conception
« surveiller
et alerter »
Communication des alertes
entre systèmes
Patron de conception
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 19C5
ibd [Package] Structure_Système [Surv eillance_Usage_&_Interface_Utilisateur]
Interface_UtilisateurSurveillance_Usage
«Surveillance_Usage»
Proxy_Interface_Utilisateur
+ Représenter_Niveau_Alerte(Niveau_Alerte*)
+ Représenter_Marges_Sécurité(Marges_Sécurité*)
+ Représenter_Dérives(Dérives*)
«Interface_Utilisateur»
Tâche et Modèle du domaine
«Interface_Utilisateur»
Interface_Utilisateur_Final
«Interface_Utilisateur»
Interface_Utilisateur_Abstraite
«Interface_Utilisateur»
Interface_Utilisateur_Concrète
Alerte
Patron de
conception
« surveiller
et alerter »
Transformation du format des
informations au sein de CAMELEON
Patron de conception
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 20C6
Légende :
Sens du processus :
Processus de conception
Ergonomie prospective
Persona, scénario
Technologie conçue pour
l’appropriation
Possibilités
Processus d’appropriation
Appropriation
Conception pour
l’appropriation
Résultats de veille
Processus de veille
Caractéristiques
ergonomiques à
surveiller
Usage routinier de la technologie
Conception par
l’appropriation
Retour d’expérience
Retour pour des
adaptations
Évolution du processus d’appropriation
et du processus de conception
Processus à mettre en œuvre
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 21C6
Évolution du modèle des stades du cycle de vie d’un système par la
prise en compte du retour d'expérience et du modèle d'usage
routinier dans le modèle de définition du système
Processus à mettre en œuvre
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 22C6
uc [Package] Structure_Systè...
Persona
tags
Activité =
Contournement =
Données_Physio =
Evénement =
Evolution =
Expérience =
Formation =
Informations_Personnelles =
Personnalité =
Routines =
Socialité =
XXXX_t0+YY =
Contribution aux adaptations du persona individuel / collectif
Processus à mettre en œuvre
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 23
Patron de
conception
« surveiller
et alerter »
Surveiller l’état et l’usage du système
Alerter les opérateurs de l’état et de
l’usage du système
Diffuser l’alerte aux systèmes en
interface
Transformer l’alerte pour l’adapter à
l’activité des opérateurs et à leurs
dispositifs IHM
Intégration du processus
d’appropriation
et du processus de retour
d’expérience au processus
de conception
Prise en compte du persona
individuel et du persona
collectif
Évolution du processus d’appropriation
et du processus de conception
Prise en compte du retour
d’expérience pour le modèle
d’usage du système
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 24
 Introduction
 État de l’art
 C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience
 C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques
 C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée
utilisateur et architecture des systèmes interactifs
 Proposition
 C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la
résilience des systèmes critiques
 C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système
résilient
 C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience
d’un système critique à longue durée de vie
 Application
 C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et
alerter » et du persona
 Conclusion générale et perspectives de recherche
SommaireSommaire
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 25
Application au domaine ferroviaire
 Accident de Zoufftgen
(France-Luxembourg)
 11 octobre 2006
 Collision frontale d’un train de
voyageurs et d’un train de fret
 6 morts, 2 blessés graves et 14
blessés légers
C7
 Accident d’Aldershot
(Canada)
 26 février 2012
 Déraillement d’un train de
voyageurs
 3 morts
[BST, 2013]
[BEA, 2009]
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 26
Analyse de l’accident d’Aldershot du point de vue de la résilience
C7
Évènements Analyse Pertinence du patron de
conception
 Changement de voies
empruntant une liaison à vitesse
réduite
 Emprise de travaux sur la voie
médiane
 Équipe de conduite non
informée
 99% de la circulation se fait
sur la voie médiane à vitesse
normale
 Absence de conscience de la
situation des membres de l’équipe de
conduite, à savoir, un changement de
voies exceptionnel (représentation
erronée- heuristiques de disponibilité-)
 Rien dans l’environnement de conduite
ne permettait de rompre
l’automatisme cognitif
 Alerte de l’équipe de
conduite concernant
 Les travaux et l’emprise
sur la voie médiane
(situation exceptionnelle)
 La vitesse maximale de la
liaison
 La proximité du danger
(risque de déraillement)
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 27
En synthèse
Synthèse, Zoufftgen :
 Absence de fiabilité des dispositifs de sécurité  émission routinière d’ordres
écrits de franchissement de signal
 Circulation du train de fret à un horaire exceptionnel
 Absence d’intégration de l’IHM du dispositif de sécurité les opérateurs ne
regardaient pas la partie traitant des voies entre Bettembourg et Thionville
 Absence de compréhension de la situation (train de fret à contresens) par le
chef de circulation
Synthèse, Aldershot :
 Absence de compréhension de la situation par l’équipe d’exploitation
 Dans 99% des cas, le train circule sur la voie 2 à vitesse normale
 L’opérateur de régulation n’a pas communiqué l’information à l’équipe
d’exploitation.
Synthèse, analyse globale :
 Absence de conscience partagée de la situation par les opérateurs
 Compréhension trop tardive de la situation par les opérateurs
 Objectif : alerter les opérateurs sur le risque couru et la proximité du danger
C7
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 28C7
Adaptation et application du persona
individuel au domaine ferroviaire
Application du scénario au
domaine ferroviaire
• Reformule et synthétise sous la forme
de scénario les éléments structurants
d’un évènement (accident …)
• Les acteurs du scénario sont des
personas
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 29C7
sd [Package] Structure_Système [Diagramme_Séquence]
Anne Jameson -
contrôleur en chef
du trafic de La
fayette
Laura Fromgarden -
contrôleur du trafic
du matin de
Yorktown
Claude Buick
-annonceur train du
matin de Yorktown
Henry Martin -
contrôleur du trafic du
soir de Yorktown
Phil Vernes-
annonceur train du
soir de Yorktown
Arriver à la
gare
Quitter la
gare
Arriver à la
gare
«Process»
{Faible niveau de
communication entre les
membres de l'équipe}
«Process»
{Culture de la société favorisant
les relations hiérarchiques}
Communiquer(Information_Train_Fret)
Communiquer
Information_Relève(Information_Train_Fret)
Communiquer_Information_Relève(Information_Train_Fret)
Déposer_Brouillon(Information_Train_Fret)
Communiquer_Information_Relève(Information_Train_Fret)
Adaptation et
application du
persona
collectif au
domaine
ferroviaire
• Modèle
d’activité de
personas
collectifs sous
forme de
diagramme
d’activité pour
exprimer un
scénario
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 30C7
ibd [Package] Structure_Système [Alerte_Emission_Ordre_Ecrit]
«Usage» Recueillir_Usage
«Alerte» Alerter
:Système_Surveillance_Usage
::Système_Surveillance_Usage
+ Recueillir_Usage(, )
+ Alerter() :Alerte
«Usage» Recueillir_Usage
«Alerte» Alerter
«Usage»
Etat_Système_Régulation_Trafic
«Etat_Courant»
+ Statut_Signal_Itinéraire = Fermé
+ Etat_Voie = Occupée
+ Ordre_Ecrit_Franchissement_Signal
+ Nombre_Ordres_Ecrits_Emis = un ordre écrit ...
«Alerter» Alerter
«Interface_Utilisateur»
Interface_Utilisateur_Régulation_Trafic_Yorktown
«Interface_Utilisateur»
+ Alerter_Contrôleur_Régulation()
«Alerter» Alerter
«Usage» Montrer_Usage
«Système_Opérant,block»
Système_Régulation_Trafic
«Composant»
+ Voie = Occupée
+ Signal = Fermé
+ Ordre_Ecrit_Franchissement_Signal = Formulé
+ Montrer_Usage() :Usage
«Usage» Montrer_Usage
«Modèle_Données_Alerte»
Alerte_Emission_Ordre_Ecrit_Franchissement
«Niveau_Risque»
+ Probabilité = Probable
+ Criticité = Elevée
+ Sévérité = Catastrophique
«Description_Système»
+ Identifiant_Composant_Système = Centre de régul...
«Etat»
+ Données_Etat_Détecté :Données_Historiées = Liste historiée...
+ Problème_Diagnostiqué = Franchissement ...
+ Dérives = Inflation des é...
+ Etat_Courant = Emission d'un o...
+ Etat_Référence = Moins de un ord...
+ Ecart_Etat_Courant_vs_Etat_Référence = A évaluer
+ Proximité_Danger = Danger imminent
+ Type_Danger_Identifé = Risque de colli...
+ Marges_Sécurité = Effectuer une a...
«Conseil»
+ Action_Recommandée_1 :Conseil = Systématiser et...
+ Action_Recommandée_2 :Conseil = Emettre un ordr...
«Contexte_Alerte»
+ Date = 02/02/2020
+ Heure = 15h15
+ Coordonnées_GPS = Gare de Yorktown
«Niveau_Confiance»
+ Niveau_Confiance = Elevé
«Interface_Utilisateur»
Interface_Utilisateur_Régulation_Trafic_La_Fayette
«Interface_Utilisateur»
+ Alerter_Contrôleur_Régulation()
«Usage»
«Alerte» Alerte
Patron de
conception
« surveiller
et alerter »
Diffusion de
l’alerte relative
à l’ordre écrit de
franchissement
du signal fermé
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 31C7
ibd [Package] Alerte_Excès_Vitesse [Alerte_Excès_Vitesse]
:Train
«Etat_Courant»
::Train
+ Vitesse_Courante = 110 km/h
«Système_Opérant»
::Train
+ Transporter_Voyageurs()
+ Montrer_Usage() :Usage
«Surveillance_Usage»
::Train
+ Recueillir_Usage() :Usage
«Interface_Utilisateur»
::Train
+ Alerter() :Alerte
Etat_de_Référence
:Gestion_Trafic_Ferroviaire
«Etat_de_Référence»
::Gestion_Trafic_Ferroviaire
+ Vitesse_Maximum_Marche_à_Vue = 24 km/h
«Système_Opérant»
::Gestion_Trafic_Ferroviaire
+ Gérer_Trafic()
+ Montrer_Usage() :Usage
«Surveillance_Usage»
::Gestion_Trafic_Ferroviaire
+ Recueillir_Usage()
«Interface_Utilisateur»
::Gestion_Trafic_Ferroviaire
+ Alerter() :Alerte
Etat_de_Référence
«information»
Etat_de_Référence
«Etat_de_Référence»
+ Vitesse_Maximale_Marche_à_Vue = 24 km/h
«Alerte»
Alerte_Vitesse_Maximale
«Niveau_Risque»
+ Criticité = Elevée
+ Sévérité = Catastrophique
+ Probabilité = Probable
«Description_Système»
+ Identifiant_Composant = Train_Voyageurs
«Etat»
+ Données_Historiées = Marche à vue qu...
+ Problème_Diagnostiqué = Risque de colli...
+ Etat_Courant = Vitesse 110 km/h
+ Etat_Référence = Vitesse limitée...
+ Ecart_Etat_Courant_vs_Etat_Référence = 86 km/h
+ Proximité_Danger = Danger éminent
+ Type_Danger_Identifié = Collision frontale
+ Marges_Sécurité = Absence de marg...
«Conseil»
+ Action_Recommandée = Arrêt immédiat
«Contexte_Alerte»
+ Date = 02/02/2020
+ Heure = 15h15
+ Coordonnées_GPS = Idenfiant du canton
«Niveau_Confiance»
+ Niveau_Confiance = Elevé
Name:
Package:
Version:
Author:
Alerte_Excès_Vitesse
Alerte_Excès_Vitesse
1.0
Ruault
Patron de
conception
« surveiller
et alerter »
Communication de la consigne de vitesse et de
l’alerte entre le gestionnaire de trafic et le train
uc [Package] Structure_Système [Handover]
Equipe Régulation De Grasse
Equipe Régulation La Fayette
Anne Jameson -
contrôleur en chef du
trafic de La fayette
Phil Vernes- annonceur
train du soir de Yorktown
Laura Fromgarden -
contrôleur du trafic du
matin de Yorktown
Henry Martin - contrôleur
du trafic du soir de
Yorktown
Arnold Stoner -annonceur
train de La Fayette
Rendre_la_Main (Train)
«Information_Train»
Information_Train
+ Réference_Train
+ Mission = Depart- Arrivée
+ Date & Heure = Date - Heure
+ Voie_de_Circulation
+ Vitesse
+ Information_Spécifique
Prendre_la_Main (Train)
IHM_Partagée
IHM partagée entre équipes de régulation
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 32C7
Patron de
conception
« surveiller
et alerter »
Exemple de solution
IHM par incrustation
d'un obstacle via une
technologie de réalité
augmentée
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 33
Rapports d’enquête
technique suite à
des accidents
Application du scénario au domaine ferroviaire
Adaptation et application du persona individuel
au domaine ferroviaire
Adaptation et application du persona collectif au
domaine ferroviaire
Diffusion de l’alerte relative à l’ordre écrit de
franchissement du signal fermé
IHM partagée entre équipes de régulation
Communication de la consigne de vitesse et
de l’alerte entre le gestionnaire de trafic et le
train
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 34
 Introduction
 État de l’art
 C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience
 C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques
 C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée
utilisateur et architecture des systèmes interactifs
 Proposition
 C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la
résilience des systèmes critiques
 C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système
résilient
 C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience
d’un système critique à longue durée de vie
 Application
 C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et
alerter » et du persona
 Conclusion générale et perspectives de recherche
SommaireSommaire
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 35
Synthèse du mémoire
 D’une résilience statique, intrinsèque, à une résilience dynamique pour s’adapter aux
évènements imprévisibles, sans précédent
 Restaurer la capacité des opérateurs à contrôler le système, à naviguer à vue
 Leur donner les moyens d’élaborer et entretenir une conscience de la situation,
 Création du patron de conception « surveiller et alerter » appliqué à la fonction
« éviter » de la résilience,
 Évolution des processus d’ingénierie et de conception centrée utilisateur pour qu’ils
contribuent à la résilience d’un système critique à longue durée de vie
 Évolution du processus d’appropriation et y intégrer l’ergonomie prospective
 Formaliser le processus de retour d’expérience
 Évolution du persona pour l’adapter aux systèmes critiques à longue durée de vie
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 36
Perspectives de recherche (1/1)
 Perspectives autour du patron de conception « surveiller et
alerter »
 Validation expérimentale du patron de conception « surveiller et alerter »
 Adaptation du patron de conception « surveiller et alerter » à différents domaines
d’application
 Traitement des données de l’usage pour élaborer une alerte (réseaux bayésiens,
big data …)
 Standardisation des alertes
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 37
Perspectives de recherche (2/2)
 Perspectives de recherche dans le domaine de l’ingénierie et
l’architecture système
 Évolution des processus d’ingénierie (démarches agiles) pour prendre en compte le
retour d’expérience, l’ergonomie prospective et le processus d’appropriation
 Évolution de l’architecture système pour prendre en compte la conception pour
et par l’appropriation
 Évolution de l’architecture système pour prendre en compte la communication
des alertes entre plusieurs systèmes
 Perspectives de recherche dans le domaine des IHM et de
l’ergonomie
 Validation expérimentale de la proposition relative au processus d’appropriation, à
l’ergonomie prospective et au persona
 Identification des critères de fiabilité et de pertinence de la représentation
fonctionnelle
 Conception de la chaîne de transformation, entre le message d’alerte et l’interface
utilisateur dans le contexte de plusieurs systèmes indépendants (Architecture IHM
distribuée)
Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015
Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 38
Proposition d’architecture et de processus
pour la résilience des systèmes ;
application aux systèmes critiques à longue durée de vie

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20150707_Soutenance_Ruault

  • 1. Soutenance de thèse de doctorat Jean-René Ruault Thèse co-dirigée par Frédéric Vanderhaegen (Département Automatique) et Christophe Kolski (Département Informatique) 7 juillet 2015 Proposition d’architecture et de processus pour la résilience des systèmes ; application aux systèmes critiques à longue durée de vie
  • 2. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 2  Introduction  État de l’art  C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience  C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques  C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée utilisateur et architecture des systèmes interactifs  Proposition  C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la résilience des systèmes critiques  C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système résilient  C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience d’un système critique à longue durée de vie  Application  C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et alerter » et du persona  Conclusion générale et perspectives de recherche SommaireSommaire
  • 3. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 3  Introduction  État de l’art  C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience  C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques  C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée utilisateur et architecture des systèmes interactifs  Proposition  C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la résilience des systèmes critiques  C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système résilient  C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience d’un système critique à longue durée de vie  Application  C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et alerter » et du persona  Conclusion générale et perspectives de recherche SommaireSommaire
  • 4. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 4 Système ferroviaire : exemple de système  Maillage d’un territoire, démographie, zone d’activité et zone d’habitat, sens et fréquence des voyages …  Géologie, génie civil, impacts urbains, impacts environnementaux …  Voyage de bout en bout  Exploitation du réseau, gestion des servitudes (électrique, communication, …)  Commercialisation  Entretien du réseau, du matériel, des servitudes  … C2
  • 5. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 5Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion Constat : • Systèmes dérivant et mis en œuvre hors du domaine de définition • Opérateurs perdant la conscience de la situation et le contrôle des systèmes; ils ne peuvent parfois éviter les accidents Contexte : • Systèmes critiques à longue durée de vie Objectif : • Donner aux opérateurs la capacité de piloter à vue pour éviter les accidents; rendre les systèmes résilients • Passer d’une résilience statique à une résilience dynamique tenant compte des réelles conditions d’usage opérationnel Proposition : • Le patron de conception « surveiller et alerter » pour l’architecture d’un système résilient • Processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience d’un système Application : • Analyse d’accidents dans le domaine ferroviaire • Application du patron de conception « surveiller et alerter » • Application du modèle utilisateur « persona » pour modéliser les opérateurs
  • 6. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 6Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion Conception Réalisation Utilisation Démantèlement Vie d’un système Temps T0 2 ans 5 ans 30 ans 35ans
  • 7. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 7Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion Ingénierie système Approche multidisciplinaire, technique et managériale, visant à transformer des besoins et contraintes en une solution et à maintenir cette solution tout au long de la vie du système [ISO, 2015] Architecture Organisation des constituants d’un système, de leurs relations fonctionnelles et dynamiques [ISO, 2010] Système Ensemble de matériels, logiciels, personnels et processus opérationnels, organisés de manière à satisfaire les besoins et à remplir les services attendus, dans un environnement donné [Luzeaux et Ruault, 2013] Résilience Capacité d’un système à s’ajuster face à des événements perturbateurs [Luzeaux, 2011] Proposition d’architecture et de processus pour la résilience des systèmes ; application aux systèmes critiques à longue durée de vie Processus Architecture Système Convention d’écriture
  • 8. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 8  Introduction  État de l’art  C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience  C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques  C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée utilisateur et architecture des systèmes interactifs  Proposition  C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la résilience des systèmes critiques  C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système résilient  C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience d’un système critique à longue durée de vie  Application  C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et alerter » et du persona  Conclusion générale et perspectives de recherche SommaireSommaire
  • 9. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 9 Evaluer les risques prévisibles, anticiper S’adapter face aux évènements imprévisibles Conception Réalisation Utilisation Temps De la sûreté de fonctionnement à la résilience Parfaite compréhension des conditions d’utilisation Évènements imprévisibles, situations sans précédent Conscience partagée de la situation Résilience : éviter, résister, restaurer, s’adapter Conseil : surveiller le système en opération Résilience niveau 1 Résilience comme caractéristique statique Résilience niveau 2 Résilience comme processus dynamique
  • 10. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 10C2 Processus Architecture Système [ISO, 2015 ; Meinadier & Fiorèse, 2012 ; Boy, 2012; Ruault et al., 2014] Architecture fonctionnelle Architecture physique class Borne_Interfaces BornierBornierBornier Prise_ElectriquePrise_ElectriquePrise_Electrique Lecteur_BadgeLecteur_BadgeLecteur_BadgeConnexion_SuperviseurConnexion_SuperviseurConnexion_Superviseur «System» Borne_Rechargement + Intensite = 16 A; 32A; 63A + Puissance = 3,7kW ; 22kW; 43 kW + Type = 3 + Type_Charge = Normale; Acce... + Type_Reseau = Monophase 240 V... «Back_Office» + Alerter_Superviseur_Panne() + Controler_Fct_Borne() + Proteger_Borne_et_Environnement() + Rendre_Compte_Rechargements_Effectues() «Front_Office» + Identifier_Client() + Payer() + Recharger() BornierBornier Prise_ElectriquePrise_Electrique Lecteur_BadgeLecteur_BadgeConnexion_SuperviseurConnexion_Superviseur BornierBornierBornier «Environment» Réseau_Electrique + Intensite = 16A, 32A, 63A, ... + Puissance = 22 kW, 43kW, ... + Type_Reseau = Monophase, Triphase + Delivrer_Electricite() BornierBornier Prise_ElectriquePrise_ElectriquePrise_Electrique «Environment» VE + Type = 3 Prise_ElectriquePrise_Electrique «Environment» Badge_Abonnement + Abo_Rechargement_VE + Num_Abonnement + Type_Badge = RFID Connexion_BornesConnexion_BornesConnexion_Bornes «Environment» Superviseur + Gerer_Clientele() + Superviser_Borne() Connexion_BornesConnexion_Bornes ElectriciteElectricite Donnees_Abonnement Donnees_Supervision Name: Package: Version: Author: Borne_Interfaces Charge_VE 1.0 Ruault Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques Qu’est-ce qu’un système ?
  • 11. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 11C2 Caractéristiques d’un patron de conception • Nom • Objectif • Problème à résoudre • Solution • … Exemples de patrons de conception • Adaptateur • Observateur • Publication / souscription • Proxy Patron de conception [Cloutier & Verma, 2007] Surveillance de l’état et de l’usage du système (HUMS) Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques [Alexander et al., 1977]
  • 12. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 12 Architecture IHM ; modèles CAMELEON et MVC C3 [Calvary et al., 2003] [Nunes & Cunha, 2001] Processus de conception centrée utilisateur Processus d’appropriation • Le système est transformé par l’usage et le système transforme l’usage • Conception pour l’appropriation / par l’appropriation [Fidock et al., 2010] Modèle utilisateur – persona • Rendre compte des utilisateurs à différents horizons temporels du cycle de vie système • Incarnation du persona (avec photographie) • Facilite le travail du concepteur [Brangier et al., 2012] Ergonomie prospective • Anticiper les besoins et les activités des futurs utilisateurs • Scénarios d’usage pour concevoir de nouveaux produits et services [Robert & Brangier, 2009] Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM
  • 13. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 13 C1 C2 C3 Processus pour la conception d’un système résilient Surveiller le système en opération Surveillance de l’usage et de l’état du système Patron de conception de l’architecture Systèmes critiques à longue durée de vie Résilience ; naviguer à vue S’adapter face aux évènements imprévisibles Conscience partagée de la situation Processus d’appropriation Ergonomie prospective Persona individuel et collectif Architecture IHM Patron de conception « surveiller et alerter » De la résilience comme caractéristique statique À la résilience comme processus dynamique C1 De la sûreté de fonctionnement à la résilience C2 Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques C3 Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM
  • 14. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 14  Introduction  État de l’art  C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience  C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques  C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée utilisateur et architecture des systèmes interactifs  Proposition  C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la résilience des systèmes critiques  C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système résilient  C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience d’un système critique à longue durée de vie  Application  C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et alerter » et du persona  Conclusion générale et perspectives de recherche SommaireSommaire
  • 15. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 15 A B C D Temps 3 Accident E Légende : • Trajectoire spécifiée: • Trajectoire réelle: • Variabilité spécifiée: • Variabilité réelle: • Point de situation: • Marges de sécurité: • Barrières : • Franchissement de barrières • Déviation • Signal de danger X 1 1 2 C4 Fonctionner en dehors du domaine de définition du système [Adapté de Ruault et al., 2013] Positionnement de la contribution
  • 16. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 16 ibd [Package] Structure_Système [Structure_Système] «Usage» Recueillir_Usage «Alerte» Alerter :Système_Surv eillance_Usage ::Système_Surveillance_Usage + Recueillir_Usage() + Alerter() :Alerte «Usage» Recueillir_Usage «Alerte» Alerter «Usage» Information_Usage «Etat_Courant» + Statut_Barrières :Etat_Courant + Nombre_Autorisations :Etat_Courant + Variabilité_Courante :Etat_Courant «Alerte» Alerte «Alerte» + Niveau_Risque :Alerte + Description_Système :Alerte + Etat :Alerte + Conseil :Alerte + Localisation :Alerte «Alerter» Alerter «Interface_Utilisateur» Interface_Utilisateur «Interface_Utilisateur» + Interagir_avec_Utilisateur() «Alerter» Alerter «Usage» Montrer_Usage «Système_Opérant,block» Système_Opérant «Composant» + Dispositif_Sécurité + Barrières + Montrer_Usage() :Usage «Usage» Montrer_Usage «Alerte» «Usage» C5 Patron de conception « surveiller et alerter » Interfaces et flux entre systèmes opérant, surveillance d’usage et interactif : intégration de technologies existantes Patron de conception
  • 17. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 17 bdd [Package] Structure_Système [Modèle_Données_Alerte] «Modèle_Données_Alerte» Alerte «Niveau_Risque» + Probabilité = Fréquent, Proba... + Criticité = Elevé, Sérieux,... + Sévérité = Catastrophique,... «Description_Système» + Identifiant_Composant_Système «Etat» + Données_Etat_Détecté :Données_Historiées + Problème_Diagnostiqué + Dérives + Etat_Courant + Etat_Référence + Ecart_Etat_Courant_vs_Etat_Référence + Proximité_Danger + Type_Danger_Identifé + Marges_Sécurité «Conseil» + Action_Recommandée «Contexte_Alerte» + Date + Heure + Coordonnées_GPS «Niveau_Confiance» + Niveau_Confiance C5 Patron de conception « surveiller et alerter » Modèle de données des alertes échangées entre systèmes
  • 18. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 18C5 ibd [Package] Structure_Système [Communication_Distribuée] «Système_Principal» Système_A «Système_Opérant» + Exploiter() :void + Montrer_Usage() :Usage «Système_Surveillance_Usage» + Recueillir_Usage() + Alerter() :Alerte «Interface_Utilisateur» + Interagir_avec_Utilisateur() :void «Système_Principal» Système_B «Système_Opérant» + Exploiter() :void + Montrer_Usage() :Usage «Système_Surveillance_Usage» + Recueillir_Usage() + Alerter() :Alerte «Interface_Utilisateur» + Interagir_avec_Utilisateur() :void «Système_Principal» Système_C «Système_Opérant» + Exploiter() :void + Montrer_Usage() :Usage «Système_Surveillance_Usage» + Recueillir_Usage() + Alerter() :Alerte «Interface_Utilisateur» + Interagir_avec_Utilisateur() :void «Système_Principal» Système_D «Système_Opérant» + Exploiter() :void + Montrer_Usage() :Usage «Système_Surveillance_Usage» + Recueillir_Usage() :void + Alerter() :Alerte «Interface_Utilisateur» + Interagir_avec_Utilisateur() :void «Alerte» «Alerte» «Alerte» «Alerte» Patron de conception « surveiller et alerter » Communication des alertes entre systèmes Patron de conception
  • 19. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 19C5 ibd [Package] Structure_Système [Surv eillance_Usage_&_Interface_Utilisateur] Interface_UtilisateurSurveillance_Usage «Surveillance_Usage» Proxy_Interface_Utilisateur + Représenter_Niveau_Alerte(Niveau_Alerte*) + Représenter_Marges_Sécurité(Marges_Sécurité*) + Représenter_Dérives(Dérives*) «Interface_Utilisateur» Tâche et Modèle du domaine «Interface_Utilisateur» Interface_Utilisateur_Final «Interface_Utilisateur» Interface_Utilisateur_Abstraite «Interface_Utilisateur» Interface_Utilisateur_Concrète Alerte Patron de conception « surveiller et alerter » Transformation du format des informations au sein de CAMELEON Patron de conception
  • 20. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 20C6 Légende : Sens du processus : Processus de conception Ergonomie prospective Persona, scénario Technologie conçue pour l’appropriation Possibilités Processus d’appropriation Appropriation Conception pour l’appropriation Résultats de veille Processus de veille Caractéristiques ergonomiques à surveiller Usage routinier de la technologie Conception par l’appropriation Retour d’expérience Retour pour des adaptations Évolution du processus d’appropriation et du processus de conception Processus à mettre en œuvre
  • 21. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 21C6 Évolution du modèle des stades du cycle de vie d’un système par la prise en compte du retour d'expérience et du modèle d'usage routinier dans le modèle de définition du système Processus à mettre en œuvre
  • 22. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 22C6 uc [Package] Structure_Systè... Persona tags Activité = Contournement = Données_Physio = Evénement = Evolution = Expérience = Formation = Informations_Personnelles = Personnalité = Routines = Socialité = XXXX_t0+YY = Contribution aux adaptations du persona individuel / collectif Processus à mettre en œuvre
  • 23. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 23 Patron de conception « surveiller et alerter » Surveiller l’état et l’usage du système Alerter les opérateurs de l’état et de l’usage du système Diffuser l’alerte aux systèmes en interface Transformer l’alerte pour l’adapter à l’activité des opérateurs et à leurs dispositifs IHM Intégration du processus d’appropriation et du processus de retour d’expérience au processus de conception Prise en compte du persona individuel et du persona collectif Évolution du processus d’appropriation et du processus de conception Prise en compte du retour d’expérience pour le modèle d’usage du système
  • 24. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 24  Introduction  État de l’art  C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience  C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques  C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée utilisateur et architecture des systèmes interactifs  Proposition  C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la résilience des systèmes critiques  C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système résilient  C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience d’un système critique à longue durée de vie  Application  C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et alerter » et du persona  Conclusion générale et perspectives de recherche SommaireSommaire
  • 25. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 25 Application au domaine ferroviaire  Accident de Zoufftgen (France-Luxembourg)  11 octobre 2006  Collision frontale d’un train de voyageurs et d’un train de fret  6 morts, 2 blessés graves et 14 blessés légers C7  Accident d’Aldershot (Canada)  26 février 2012  Déraillement d’un train de voyageurs  3 morts [BST, 2013] [BEA, 2009]
  • 26. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 26 Analyse de l’accident d’Aldershot du point de vue de la résilience C7 Évènements Analyse Pertinence du patron de conception  Changement de voies empruntant une liaison à vitesse réduite  Emprise de travaux sur la voie médiane  Équipe de conduite non informée  99% de la circulation se fait sur la voie médiane à vitesse normale  Absence de conscience de la situation des membres de l’équipe de conduite, à savoir, un changement de voies exceptionnel (représentation erronée- heuristiques de disponibilité-)  Rien dans l’environnement de conduite ne permettait de rompre l’automatisme cognitif  Alerte de l’équipe de conduite concernant  Les travaux et l’emprise sur la voie médiane (situation exceptionnelle)  La vitesse maximale de la liaison  La proximité du danger (risque de déraillement)
  • 27. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 27 En synthèse Synthèse, Zoufftgen :  Absence de fiabilité des dispositifs de sécurité  émission routinière d’ordres écrits de franchissement de signal  Circulation du train de fret à un horaire exceptionnel  Absence d’intégration de l’IHM du dispositif de sécurité les opérateurs ne regardaient pas la partie traitant des voies entre Bettembourg et Thionville  Absence de compréhension de la situation (train de fret à contresens) par le chef de circulation Synthèse, Aldershot :  Absence de compréhension de la situation par l’équipe d’exploitation  Dans 99% des cas, le train circule sur la voie 2 à vitesse normale  L’opérateur de régulation n’a pas communiqué l’information à l’équipe d’exploitation. Synthèse, analyse globale :  Absence de conscience partagée de la situation par les opérateurs  Compréhension trop tardive de la situation par les opérateurs  Objectif : alerter les opérateurs sur le risque couru et la proximité du danger C7
  • 28. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 28C7 Adaptation et application du persona individuel au domaine ferroviaire Application du scénario au domaine ferroviaire • Reformule et synthétise sous la forme de scénario les éléments structurants d’un évènement (accident …) • Les acteurs du scénario sont des personas
  • 29. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 29C7 sd [Package] Structure_Système [Diagramme_Séquence] Anne Jameson - contrôleur en chef du trafic de La fayette Laura Fromgarden - contrôleur du trafic du matin de Yorktown Claude Buick -annonceur train du matin de Yorktown Henry Martin - contrôleur du trafic du soir de Yorktown Phil Vernes- annonceur train du soir de Yorktown Arriver à la gare Quitter la gare Arriver à la gare «Process» {Faible niveau de communication entre les membres de l'équipe} «Process» {Culture de la société favorisant les relations hiérarchiques} Communiquer(Information_Train_Fret) Communiquer Information_Relève(Information_Train_Fret) Communiquer_Information_Relève(Information_Train_Fret) Déposer_Brouillon(Information_Train_Fret) Communiquer_Information_Relève(Information_Train_Fret) Adaptation et application du persona collectif au domaine ferroviaire • Modèle d’activité de personas collectifs sous forme de diagramme d’activité pour exprimer un scénario
  • 30. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 30C7 ibd [Package] Structure_Système [Alerte_Emission_Ordre_Ecrit] «Usage» Recueillir_Usage «Alerte» Alerter :Système_Surveillance_Usage ::Système_Surveillance_Usage + Recueillir_Usage(, ) + Alerter() :Alerte «Usage» Recueillir_Usage «Alerte» Alerter «Usage» Etat_Système_Régulation_Trafic «Etat_Courant» + Statut_Signal_Itinéraire = Fermé + Etat_Voie = Occupée + Ordre_Ecrit_Franchissement_Signal + Nombre_Ordres_Ecrits_Emis = un ordre écrit ... «Alerter» Alerter «Interface_Utilisateur» Interface_Utilisateur_Régulation_Trafic_Yorktown «Interface_Utilisateur» + Alerter_Contrôleur_Régulation() «Alerter» Alerter «Usage» Montrer_Usage «Système_Opérant,block» Système_Régulation_Trafic «Composant» + Voie = Occupée + Signal = Fermé + Ordre_Ecrit_Franchissement_Signal = Formulé + Montrer_Usage() :Usage «Usage» Montrer_Usage «Modèle_Données_Alerte» Alerte_Emission_Ordre_Ecrit_Franchissement «Niveau_Risque» + Probabilité = Probable + Criticité = Elevée + Sévérité = Catastrophique «Description_Système» + Identifiant_Composant_Système = Centre de régul... «Etat» + Données_Etat_Détecté :Données_Historiées = Liste historiée... + Problème_Diagnostiqué = Franchissement ... + Dérives = Inflation des é... + Etat_Courant = Emission d'un o... + Etat_Référence = Moins de un ord... + Ecart_Etat_Courant_vs_Etat_Référence = A évaluer + Proximité_Danger = Danger imminent + Type_Danger_Identifé = Risque de colli... + Marges_Sécurité = Effectuer une a... «Conseil» + Action_Recommandée_1 :Conseil = Systématiser et... + Action_Recommandée_2 :Conseil = Emettre un ordr... «Contexte_Alerte» + Date = 02/02/2020 + Heure = 15h15 + Coordonnées_GPS = Gare de Yorktown «Niveau_Confiance» + Niveau_Confiance = Elevé «Interface_Utilisateur» Interface_Utilisateur_Régulation_Trafic_La_Fayette «Interface_Utilisateur» + Alerter_Contrôleur_Régulation() «Usage» «Alerte» Alerte Patron de conception « surveiller et alerter » Diffusion de l’alerte relative à l’ordre écrit de franchissement du signal fermé
  • 31. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 31C7 ibd [Package] Alerte_Excès_Vitesse [Alerte_Excès_Vitesse] :Train «Etat_Courant» ::Train + Vitesse_Courante = 110 km/h «Système_Opérant» ::Train + Transporter_Voyageurs() + Montrer_Usage() :Usage «Surveillance_Usage» ::Train + Recueillir_Usage() :Usage «Interface_Utilisateur» ::Train + Alerter() :Alerte Etat_de_Référence :Gestion_Trafic_Ferroviaire «Etat_de_Référence» ::Gestion_Trafic_Ferroviaire + Vitesse_Maximum_Marche_à_Vue = 24 km/h «Système_Opérant» ::Gestion_Trafic_Ferroviaire + Gérer_Trafic() + Montrer_Usage() :Usage «Surveillance_Usage» ::Gestion_Trafic_Ferroviaire + Recueillir_Usage() «Interface_Utilisateur» ::Gestion_Trafic_Ferroviaire + Alerter() :Alerte Etat_de_Référence «information» Etat_de_Référence «Etat_de_Référence» + Vitesse_Maximale_Marche_à_Vue = 24 km/h «Alerte» Alerte_Vitesse_Maximale «Niveau_Risque» + Criticité = Elevée + Sévérité = Catastrophique + Probabilité = Probable «Description_Système» + Identifiant_Composant = Train_Voyageurs «Etat» + Données_Historiées = Marche à vue qu... + Problème_Diagnostiqué = Risque de colli... + Etat_Courant = Vitesse 110 km/h + Etat_Référence = Vitesse limitée... + Ecart_Etat_Courant_vs_Etat_Référence = 86 km/h + Proximité_Danger = Danger éminent + Type_Danger_Identifié = Collision frontale + Marges_Sécurité = Absence de marg... «Conseil» + Action_Recommandée = Arrêt immédiat «Contexte_Alerte» + Date = 02/02/2020 + Heure = 15h15 + Coordonnées_GPS = Idenfiant du canton «Niveau_Confiance» + Niveau_Confiance = Elevé Name: Package: Version: Author: Alerte_Excès_Vitesse Alerte_Excès_Vitesse 1.0 Ruault Patron de conception « surveiller et alerter » Communication de la consigne de vitesse et de l’alerte entre le gestionnaire de trafic et le train uc [Package] Structure_Système [Handover] Equipe Régulation De Grasse Equipe Régulation La Fayette Anne Jameson - contrôleur en chef du trafic de La fayette Phil Vernes- annonceur train du soir de Yorktown Laura Fromgarden - contrôleur du trafic du matin de Yorktown Henry Martin - contrôleur du trafic du soir de Yorktown Arnold Stoner -annonceur train de La Fayette Rendre_la_Main (Train) «Information_Train» Information_Train + Réference_Train + Mission = Depart- Arrivée + Date & Heure = Date - Heure + Voie_de_Circulation + Vitesse + Information_Spécifique Prendre_la_Main (Train) IHM_Partagée IHM partagée entre équipes de régulation
  • 32. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 32C7 Patron de conception « surveiller et alerter » Exemple de solution IHM par incrustation d'un obstacle via une technologie de réalité augmentée
  • 33. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 33 Rapports d’enquête technique suite à des accidents Application du scénario au domaine ferroviaire Adaptation et application du persona individuel au domaine ferroviaire Adaptation et application du persona collectif au domaine ferroviaire Diffusion de l’alerte relative à l’ordre écrit de franchissement du signal fermé IHM partagée entre équipes de régulation Communication de la consigne de vitesse et de l’alerte entre le gestionnaire de trafic et le train
  • 34. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 34  Introduction  État de l’art  C1. De la sûreté de fonctionnement à la résilience  C2. Ingénierie Système appliquée aux systèmes critiques  C3. Éléments d’ergonomie et d’ingénierie des IHM : conception centrée utilisateur et architecture des systèmes interactifs  Proposition  C4. Positionnement de la contribution par rapport à la problématique de la résilience des systèmes critiques  C5. Proposition d’un patron de conception pour l’architecture d’un système résilient  C6. Proposition de processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience d’un système critique à longue durée de vie  Application  C7. Application au domaine ferroviaire du patron de conception « surveiller et alerter » et du persona  Conclusion générale et perspectives de recherche SommaireSommaire
  • 35. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 35 Synthèse du mémoire  D’une résilience statique, intrinsèque, à une résilience dynamique pour s’adapter aux évènements imprévisibles, sans précédent  Restaurer la capacité des opérateurs à contrôler le système, à naviguer à vue  Leur donner les moyens d’élaborer et entretenir une conscience de la situation,  Création du patron de conception « surveiller et alerter » appliqué à la fonction « éviter » de la résilience,  Évolution des processus d’ingénierie et de conception centrée utilisateur pour qu’ils contribuent à la résilience d’un système critique à longue durée de vie  Évolution du processus d’appropriation et y intégrer l’ergonomie prospective  Formaliser le processus de retour d’expérience  Évolution du persona pour l’adapter aux systèmes critiques à longue durée de vie
  • 36. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 36 Perspectives de recherche (1/1)  Perspectives autour du patron de conception « surveiller et alerter »  Validation expérimentale du patron de conception « surveiller et alerter »  Adaptation du patron de conception « surveiller et alerter » à différents domaines d’application  Traitement des données de l’usage pour élaborer une alerte (réseaux bayésiens, big data …)  Standardisation des alertes
  • 37. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 37 Perspectives de recherche (2/2)  Perspectives de recherche dans le domaine de l’ingénierie et l’architecture système  Évolution des processus d’ingénierie (démarches agiles) pour prendre en compte le retour d’expérience, l’ergonomie prospective et le processus d’appropriation  Évolution de l’architecture système pour prendre en compte la conception pour et par l’appropriation  Évolution de l’architecture système pour prendre en compte la communication des alertes entre plusieurs systèmes  Perspectives de recherche dans le domaine des IHM et de l’ergonomie  Validation expérimentale de la proposition relative au processus d’appropriation, à l’ergonomie prospective et au persona  Identification des critères de fiabilité et de pertinence de la représentation fonctionnelle  Conception de la chaîne de transformation, entre le message d’alerte et l’interface utilisateur dans le contexte de plusieurs systèmes indépendants (Architecture IHM distribuée)
  • 38. Thèse de Jean-René Ruault 7 juillet 2015 Introduction Etat de l’art Proposition Application Conclusion 38 Proposition d’architecture et de processus pour la résilience des systèmes ; application aux systèmes critiques à longue durée de vie