10 ème Congrès International de Génie Industriel CIGI13 EIGSI La Rochelle, 12-14 juin 2013 Pierre...
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EVALUATION ET TRAÇABILILÉ EN
INGENIERIE SYSTÈME
Pierre Couturier
Mambaye Lô
Vincent Chapurlat
LGI2P
ENS Mines d’Alès
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INTRODUCTION
Des besoins multiples et pouvant être antinomiques
Un contexte d’incertitude et évolutif Pas de vision partagée du processus
d’évaluation entre concepteurs Difficultés à estimer les
conséquences des choix de conception
Introduction 2
Evaluation
Synthèse
Analyse
Activités d’ingéniérie (Blanchard, 2011)
Quelques problématiques
de l’évaluation en conception interdisciplinaire (typiquement
de systèmes mécatroniques) :
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INTRODUCTION
Limites de l’étude Evaluation du système à faire et non du système
pour faire et autres systèmes contributeurs Evaluation de l’efficacité et non des coûts ni des
risques Evaluation des éléments d’architecture (pas des
exigences et de leurs éventuels conflits)
Introduction 3
Définition :
L’évaluation est un support à la décision. Chaque alternatives de solution de conception (ASC) est comparée aux autres et aux exigences des parties prenantes (Wood, Antonsson 1989)
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DÉMARCHE SUIVIE
Choix d’un cadre de conception : l’ingénierie système En amont des ingénieries métiers mais intégrant les
exigences métiers Proposition d’un modèle des données de l’évaluation
en IS Relations entre données de l’évaluation et entités de l’IS
Formalisation des relations de traçabilité Détection et correction d’ inconsistances dans des
relations du modèles de données précédent. Identification des impacts potentiels des ASCs sur
l’efficacité globale du système à faire Estimation de degré de satisfaction des ASCs,
comparaison et classement des ASCs
Introduction 4
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CADRE DE CONCEPTION : IS
IS basée sur des standards (ISO 15288, ANSI/EIA 632, IEEE 1220, SEBok)
Concepts génériques Approche MBSE Prescriptif mais ouvert
IS conduite en strates 5Processus techniques et support
(SeBoK 2012)
System Analysis
System verification
System validation
Relations entre entités d’ISextrait de (Core Vitech 2011)
built from
built from
Item / Component/Function
specifies
decomposed by
Component
F. Requirement
performs
Function
refined byNF requirement
based on
1..*
1
0..*
0..*
0..*
1..*
1..*
1..*
1..*
refined by
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CONDUITE DE L’IS PAR STRATES
+ Choix organiques reportés- Fonctions et exigences induites considérées tardivement
IS conduite en strates 6
- Risque de choix organiques trop précoces+ Fonctions et exigences induites considérés très tôt dans la conception+ Prise en compte des couplages multi-physiques au plus tôt+ Une strate forme une étude d’IS cohérente et de finesse de détails homogène
2
Spécif
icatio
n de
s
exig
ence
s
Conduite en profondeur
1
Analys
e de
s
beso
ins
3
Conce
ptio
n
fonc
tionn
elle
4
Conce
ptio
n
orga
niqu
e
Spécif
icatio
n de
s
exig
ence
s
Modèle ‘Strata’ (Long 2011, Vitech Corp.)
1 2 3 4
5 6 7 8
𝑛1
Conduite par strates
Conce
ptio
n
fonc
tionn
elle
Conce
ptio
n
orga
niqu
e
Analys
e de
s
beso
ins
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MODÈLE ‘STRATA’*
IS conduite en strates 7
*(Long 2011)
Exigencesinitiales Analyse des
exigences
Architecture organique
Analyse des exigences
Architecture organique
Analyse desexigences
Architecture organique
Strate complétée
Strate complétée°°°°°°°
Strate 1
Strate 2
Strate n
Une strate est considérée complétée si : Les parties prenantes
s’accordent sur les critères d’acceptation de l’architecture produite
Les exigences fonctionnelles (feuilles) sont allouées aux composants de la strate considérée.
Les composants ont été spécifiés dans les limites des connaissances disponibles pour cette strate.
Les activités de vérification ont été menées sur cette strate
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MÉTA-MODÈLE DES DONNÉES DE L’ÉVALUATION EN IS
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Spécifications
techniquesModèlesdesASC
Considérations de conception :
DDP {iDDP,oDDP}
et DIP
Basede
donnéesEvaluati
on
Decision
Critère
Indicateurs techniques
TPM, MOP,MOE
Processusd’évaluati
on
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RELATIONS ENTRE DONNÉES, DÉTAIL
Méta-modèle des données d’évaluation 9
built from
Item / Component/Function
specifies
decomposed by
Component
F. Requirement
performs
Function
refined byNF requirement
based on
1..*
1
0..*
0..*
0..*
1..*
1..*
1..*
1..*
refined by
0..*
0,1
Criterion is expressed by
1..*
1..*
0,1
refined by
11..*
is precised by
10,1traces0..*
refined by
Technical indicator
Relations systématiquesCritère, TI, Exigences
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RELATIONS ENTRE DONNÉES, DÉTAIL
Méta-modèle des données d’évaluation 10
0..*Criterion
expresses
built in
refines
decomposes
Component- Attributes (iDDP, oDDP)
F. Requirement
performs
Function
based on
Intérêt de la traçabilité des relations du méta-modèle
pour l’analyse d’impact
1..*
1..*
refinesprecises
Technical indicator
1
1is traced by
Item / Component/Function
NF requirement
specified by
refines
refines
NF requirement1..*
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FORMALISATION DES RELATIONS DE TRAÇABILITÉ
Formalisation des relations de traçabilité 11
Un lien de traçabilité noté est une relation orientée entre deux artefacts. Il est associé à ne relation de traçabilité entre ces deux artefacts.
On note A deux ensembles d’artefacts et une relation partielle notée appelée relation de traçabilité définie sur AxA, non réflexive, non-symétrique et non-transitive, acyclique.
∀𝑇 ,( (𝑎 ,𝑏)∈(𝐴× 𝐴)𝑒𝑡 (𝑎 ,𝑏)∈𝑇 )=¿∃!𝜏 ∈Ξ ,𝑏=𝜏 (𝑎)
On définit la relation sur l’ensemble des liens de traçabilité entre artefacts de deux ensembles A et B par :
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FORMALISATION (MODÈLE STRATA)
Formalisation des relations de traçabilité 12
Les relations entre données du méta-modèles sont des relations de traçabilité auxquelles sont associés des liens de traçabilité :
nE nF nC
1nE 1nF 1nC
nofb_ n
toa _
1_nofb
1_ntoa
1,_
nnbyr 1,
_nnbyd
1,_
nnfromb
nbyr _ n
byd _ nfromb_
1_nbyr
1_nbyd
1_nfromb
strate n
strate n+1
Et plus généralement :
E: exigencesF : fonctionsC : composants
ne nf
1ne
nofb_
1_nofb
1,_
nnbyr
1,_
nnbyd
1nf
basis of
decomposed by
basis of
refined by
nbyd _
decomposed by
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RISQUE D’INCONSISTANCE DES RELATIONS ENTRE STRATES
Consistance des relations de traçabilité 13
ne nf
1ne
strate n
strate n+1
decomposed by
basis of
refined by
1nf
? basis of ?
Cas
d’in
cons
ista
nce
ne nf
1ne
strate n
strate n+1 Même fonctions 1nf
basis of
decomposed by
basis of
refined by
Con
sist
ance
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CONSISTANCE ENTRE STRATES N ET N+1
Consistance des relations de traçabilité 14
nE nF nC
1nE 1nF 1nC
nofb_ n
toa _
1_nofb
1_ntoa
1,_
nnbyr 1,
_nnbyd
1,_
nnfrombstrate n
strate n+1
Si :
Alors les relations de traçabilité entre strates n et n+1 sont consistantes :
et
nE nF nC
1nE 1nF 1nC
nofb_ n
toa _
1_nofb 1
_ntoa
1,_
nnbyr
1,_
nnfromb
strate n
strate n+1
𝜏𝑑𝑏𝑦
𝑛 ,𝑛+1o𝜏 𝑏𝑜𝑓
𝑛 ≡𝜏𝑏𝑜𝑓
𝑛+1o𝜏𝑟 𝑖𝑛
𝑛 ,𝑛+1𝜏𝑏 𝑓𝑟𝑜𝑚
𝑛 ,𝑛+1o𝜏 𝑎𝑡𝑜𝑛 ≡𝜏𝑎𝑡𝑜
𝑛+1o𝜏𝑑𝑏𝑦
𝑛 ,𝑛+1
En particulier
Cas des exigences fonctionnelles :
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CONSISTANCE ENTRE STRATES N-1 ET N+1
Consistance des relations de traçabilité
Si les relations de traçabilité entre strates n-1 et n et entre strates n et n+1 sont consistantes alors elles le sont entre states n-1 et n+1.
nE nC
1nE 1nF 1nC1_nofb
1_ntoa
1,_
nnbyr
1,_
nnfromb
strate n
straten+1
1nE 1nF 1nC
1_nofb
11_
ntoa
nnbyr,1
_ nn
fromb,1
_
1,_
nnbyd
strate n-1
En particulier
nE nF nC
1nE 1nF 1nC1_nofb
1_ntoa
1,_
nnbyr
1,_
nnfromb
strate n
strate n+1
1nE 1nF
1_nofb
nnbyr,1
_ nn
byd,1
_
strate n-1 1nCnnfromb,1
_
1,_
nnbyd
1_ntoa
𝜏𝑏 𝑓𝑟𝑜𝑚
𝑛 ,𝑛+1o𝜏 𝑏𝑓𝑟𝑜𝑚
𝑛−1 ,𝑛o 𝜏𝑎𝑡𝑜
𝑛−1o𝜏𝑏𝑜𝑓
𝑛−1≡𝜏𝑎𝑡𝑜
𝑛+1o𝜏𝑏𝑜𝑓
𝑛+1o𝜏𝑟𝑏𝑦𝑛 ,𝑛+1o𝜏𝑟 𝑏𝑦
𝑛− 1,𝑛≡𝜏𝑎𝑡𝑜
𝑛+1o𝜏𝑑𝑖𝑛
𝑛 ,𝑛+1o𝜏𝑑 𝑖𝑛
𝑛− 1 ,𝑛o𝜏𝑏𝑜𝑓
𝑛− 1
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DÉTECTION ET CORRECTION D’INCONSISTANCE
Consistance des relations de traçabilité 16
𝐼 𝜏𝑘 (𝑎 )=¿𝑞=0¿𝑘 𝐼𝜏 ⟨𝑞 ⟩ (𝑎)
𝐼 𝜏 ⟨𝑞 ⟩ (𝑎 )= {𝑏|𝑏=𝜏 ⟨𝑞 ⟩ (𝑎 )=𝜏 o𝜏 ⟨𝑞− 1⟩ (𝑎 )}
𝐼 𝜏 ,𝑇 (𝑎) 𝐼 𝜏 ⟨𝑘+1⟩ (𝑎 )= {∅ }si k tel que
𝐼 𝜏 ,𝐹 ¿ 𝐼 𝜏 ⟨𝑘 ⟩ (𝑎)alors
nE nF
1nE 1nF
nofb_
1_nofb
1, nnr
1,_
nnbyd
nbyd _
1nr
1_nbyd
strate n
strate n+1
1)2)
3)
4)
5)
6)
Pour tout e de En
1,_
nnbyr manquante ?
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EXEMPLE D’APPLICATION
Illustration 17
Drive easiness
As if manual
Easy ass.disassembly
Time <5’
Cr: MobilityMOP: Outside drive
possibility
Tot weightOvercharge
<25kg
Cr: ClimbingTPM: 10%
slope120kg
Tot width<65cm
Passing obstacle
10cm step on flat floor
Speed6km/h on 2% slope
Autonomy Nb km 5%
slope
RobustnessMTBF>6months
Cr: User FriendlinessMOP: Just an assistance
ModularityPlug&play
Manual usage
Manual
Cr: EmployabilityMOE: Roundsman job
gear on motor
(1)
rack and pinion
(2)
mixed (3)
1 motor (1)
3 motors (2)
>3 motors
(3)
battery location
(1)
package on chair
(2)
high (1)
some flexibiity
(2)
on board (1)
on wheel (2)
smart control
(1)
reflex control
(2)
no tuning possibilty
(1)
tuning posibility
(2)
no feedback
(1)
feedback to user
(2)
iDDPs
iDDP1Reduction type
iDDP2Motors
iDDP3Battery location
iDDP4Wheel structure
rigidity
iDDP5Electronics board
location
iDDP6Control type
iDDP7Setting
iDDP8Feedback to user
oDDP1 oDDP2 oDDP3 oDDP4 oDDP5 oDDP6 oDDP7 (1) (2)(3) (1) (2)(3) (1)(2)1)
(2) (1) (2)(1)(2) (1) (2)(1)(2)
iDDP4
iDDP5
iDDP6
iDDP7
iDDP8
MOP Mobility
iDDP1
iDDP2
iDDP3
CritèreIT /oDDP
CritèreIT
CritèreIT
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CONCLUSION Pour une vision partagée du processus
d’évaluation entre concepteurs IS comme cadre de conception, Modèle des données de l’évaluation en IS Relations systématiques Critères-IT-Exigences
Pour aider à estimer les conséquences des choix de conception Conduite en strates plus adaptée à la conception mécatronique Traçabilité des relations entre attributs des composants (iDDPs,
oDDPs) et critères d’évaluation Identification des impacts potentiels reposant sur cette
traçabilité
Perspectives Validation des proposition sur d’autres exemples mécatroniques Evaluation qualitative ou quantitative (multi-critères) en cours Génération de plans d’actions correctrices
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