Modèles graphiques de l'évaluation de Sûreté de Fonctionnement et l'analyse des risques des Systèmes de Systèmes en présence d'incertitudes

Graphical models for RAMS assessment and risk analysis of Systems of Systems under uncertainty

• Auteur / Autrice : Siqi Qiu
• Direction : Walter Schön, Mohamed Sallak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Technologies de l'Information et des Systèmes
• Date : Soutenance le 05/12/2014
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Trains

Théorie de Dempster-Shafer

Évaluation du risque

Incertitude (théorie de l'information)

Fiabilité

Ingénierie des systèmes

Mots clés libres

Systèmes de systèmes

Sûreté de fonctionnement

Théorie des fonctions de croyances

Système ferroviaire

SdS

SdF

Systems of Systems

Uncertainty

Reliability analysis

Risk assessment

Statecharts

Valuation-based system

VBS

ERTMS

SoS

Résumé

Les Systèmes de Systèmes (SdSs) sont des grands systèmes dont les composants sont eux-mêmes des systèmes qui interagissent en vue de la réalisation de certaines fonctions, et pour lesquels le dysfonctionnement d'un seul système peut avoir des conséquences graves sur le fonctionnement du SdS entier. Il est donc important que la conception de ces SdSs tienne compte des exigences de Sûreté de Fonctionnement (SdF) et notamment de leur fiabilité et leur disponibilité quand ils sont sollicités. Par ailleurs, il est nécessaire qu'elle s'assure, par le biais d'analyses quantitatives, du respect de ces exigences. L'incertitude est également une partie importante de la thèse, parce qu'il y a toujours des différences entre un système et sa représentation par un modèle. L’objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie de conception sûre des SdSs. Il s'agit dans un premier temps de proposer un modèle dysfonctionnel du SdS global intégrant les aspects matériels, les aspects réseaux ainsi que le facteur humain. Dans un second temps, il s'agit d'évaluer des exigences de SdF. Dans un troisième temps, il s'agit de prendre en compte de différents types d'incertitudes dans les modèles. Concernant la partie applicative, le sujet s'articulerait autour de la conception sûre d'un système ferroviaire. La contribution principale de cette thèse réside dans trois aspects. Premièrement, on propose une méthodologie générale pour modéliser des SdSs. Deuxièmement, on considère l'ERTMS Niveau 2 comme un SdS et évalue ses exigences de SdF en tenant compte de l'indisponibilité du SdS comme une propriété émergente. Troisièmement, on modélise quantitativement différents types d'incertitudes dans les modèles proposés en utilisant les théories probabilistes et non probabilistes.

Systems of Systems (SoS) are large systems whose components are themselves systems which interact to realize a common goal, and for which the malfunction of a single system can have some serious consequences on the performance of the whole SoS. So it’s important that the design of these SoSs takes into account the dependability requirements of safety standard. In this thesis, our interests concern the modeling of SoS and the reliability analysis of SoS under uncertainty which is due to the lack of knowledge related to failure data and model. Therefore, two modeling methods which deal with different issues are applied to model SoSs and the corresponding quantitative reliability analysis is proposed. The objective of this thesis is to propose graphical models for dependability assessment and risk analysis of SoSs under uncertainty. Firstly, it will propose a dysfunctional model of the ERTMS which is considered as an SoS. The model will integrate the hardware aspect, the network aspect and the human factors. Then, it will evaluate some dependability attributes of the whole SoS. Later, it will take different kinds of uncertainties into account quantitatively. The proposed methodology is applied on the ERTMS Level 2. The main contribution of this thesis lies in three aspects. First, we propose a methodology to model and evaluate SoSs. Second, we consider ERTMS Level 2 as an SoS and seek to evaluate its dependability parameters by considering the unavailability of the whole SoS as an emergent property. Third, we model quantitatively different kinds of uncertainties in the proposed models.