Automated test generation for production systems with a model-based testing approach

par William Durand

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Sébastien Salva.

Le président du jury était Hélène Waeselynck.

Le jury était composé de Sébastien Salva, Farouk Toumani, Pascal Lafourcade.

Les rapporteurs étaient Roland Groz, Ana Cavalli.

  • Titre traduit

    Génération de tests automatisés pour des systèmes de production avec une approche basée modèle


  • Résumé

    Ce manuscrit de thèse porte sur le problème du test basé modèle de systèmes de production existants, tels ceux de notre partenaire industriel Michelin, l’un des trois plus grands fabricants de pneumatiques au monde. Un système de production est composé d’un ensemble de machines de production contrôlées par un ou plusieurs logiciels au sein d’un atelier dans une usine. Malgré les nombreux travaux dans le domaine du test basé modèle, l’écriture de modèles permettant de décrire un système sous test ou sa spécification reste un problème récurrent, en partie à cause de la complexité d’une telle tâche. De plus, un modèle est utile lorsqu’il est à jour par rapport à ce qu’il décrit, ce qui implique de le maintenir dans le temps. Pour autant, conserver une documentation à jour reste compliqué puisqu’il faut souvent le faire manuellement. Dans notre contexte, il est important de souligner le fait qu’un système de production fonctionne en continu et ne doit être ni arrêté ni perturbé, ce qui limite l’usage des techniques de test classiques. Pour pallier le problème de l’écriture de modèles, nous proposons une approche pour construire automatiquement des modèles depuis des séquences d’événements observés (traces) dans un environnement de production. Pour se faire, nous utilisons les informations fournies par les données échangées entre les éléments qui composent un système de production. Nous adoptons une approche boîte noire et combinons les notions de système expert, inférence de modèles et machine learning, afin de créer des modèles comportementaux. Ces modèles inférés décrivent des comportements complets, enregistrés sur un système analysé. Ces modèles sont partiels, mais également très grands (en terme de taille), ce qui les rend difficilement utilisable par la suite. Nous proposons une technique de réduction spécifique à notre contexte qui conserve l’équivalence de traces entre les modèles de base et les modèles fortement réduits. Grâce à cela, ces modèles inférés deviennent intéressant pour la génération de documentation, la fouille de données, mais également le test. Nous proposons une méthode passive de test basé modèle pour répondre au problème du test de systèmes de production sans interférer sur leur bon fonctionnement. Cette technique permet d’identifier des différences entre deux systèmes de production et réutilise l’inférence de modèles décrite précédemment. Nous introduisons deux relations d’implantation : une relation basée sur l’inclusion de traces, et une seconde relation plus faible proposée, pour remédier au fait que les modèles inférés soient partiels. Enfin, ce manuscrit de thèse présente Autofunk, un framework modulaire pour l’inférence de modèles et le test de systèmes de production qui aggrège les notions mentionnées précédemment. Son implémentation en Java a été appliquée sur différentes applications et systèmes de production chez Michelin dont les résultats sont donnés dans ce manuscrit. Le prototype développé lors de la thèse a pour vocation de devenir un outil standard chez Michelin.


  • Résumé

    This thesis tackles the problem of testing (legacy) production systems such as those of our industrial partner Michelin, one of the three largest tire manufacturers in the world, by means of Model-based Testing. A production system is defined as a set of production machines controlled by a software, in a factory. Despite the large body of work within the field of Model-based Testing, a common issue remains the writing of models describing either the system under test or its specification. It is a tedious task that should be performed regularly in order to keep the models up to date (which is often also true for any documentation in the Industry). A second point to take into account is that production systems often run continuously and should not be disrupted, which limits the use of most of the existing classical testing techniques. We present an approach to infer exact models from traces, i.e. sequences of events observed in a production environment, to address the first issue. We leverage the data exchanged among the devices and software in a black-box perspective to construct behavioral models using different techniques such as expert systems, model inference, and machine learning. It results in large, yet partial, models gathering the behaviors recorded from a system under analysis. We introduce a context-specific algorithm to reduce such models in order to make them more usable while preserving trace equivalence between the original inferred models and the reduced ones. These models can serve different purposes, e.g., generating documentation, data mining, but also testing. To address the problem of testing production systems without disturbing them, this thesis introduces an offline passive Model-based Testing technique, allowing to detect differences between two production systems. This technique leverages the inferred models, and relies on two implementation relations: a slightly modified version of the existing trace preorder relation, and a weaker implementation proposed to overcome the partialness of the inferred models.Overall, the thesis presents Autofunk, a modular framework for model inference and testing of production systems, gathering the previous notions. Its Java implementation has been applied to different applications and production systems at Michelin, and this thesis gives results from different case studies. The prototype developed during this thesis should become a standard tool at Michelin.


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