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Laboratoire des Sciences pour la Conception, l'Optimisation et la Production de Grenoble
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Titre de la thèse: Méthodologie d'agencement des « Built In Test»  pour l'amélioration de la testabilité et la diagnosticabilité des systèmes mécatroniques embarqués

Directeur(s) de thèse : Zineb Simeu-Abazi

Ecole doctorale : EEATS

Date de début  (souhaitée) : Septembre 2013

Financements envisagés demande de contrat doctoral

Description du sujet 

Les exigences de sûreté de fonctionnement et la complexité croissante des systèmes nécessitent des techniques de test et de diagnostic de plus en plus élaborées. Ce besoin devient nécessaire dans le cas de systèmes hétérogènes comme les systèmes mécatroniques ou embarqués qui comportent des composantes électroniques, mécaniques et logicielles. Dans ce sujet de thèse, on s'intéresse au cycle de vie des équipements mécatroniques critiques par la prise en compte, dès la conception, des exigences  de testabilité et des besoins en diagnostic afin de minimiser les coûts de maintenance.

Pour les systèmes embarqués, le test intégré est utilisé comme la source principale d'information pour connaître l'état de fonctionnement du système et des équipements le constituant [1][2][5]. Chaque équipement est capable de s'autotester grâce au BIT (Built In Test) et de renvoyer des informations sur son état vers un calculateur central de diagnostic. Les informations issues du BIT peuvent être exploitées pour réaliser un diagnostic efficace mais nécessitent un traitement additionnel car les problèmes de non détection ou de fausses alarmes peuvent être générées par les BIT si ses derniers ne sont pas bien agencés. De plus, étant définis au niveau d'un équipement, les BIT ont montré leurs limites dans la prise en compte de la propagation des effets de défaillances, ce qui peut rendre plus ambiguë la localisation de ces phénomènes.

Ainsi, les problématiques soulevées dans ce sujet concernent des thématiques allant de l'identification des exigences en conception jusqu'à l'implémentation d'approches de diagnostic en passant par l'agencement et l'architecture des Built-In-Test (BIT). Les solutions qui seront apportées visent à répondre à des besoins industriels multiples dans le domaine de la sécurité des systèmes complexes tels que les systèmes d'aiguillage et de signalisation dans les réseaux de transport ou tout autre équipement qui évolue dans des conditions d'accès difficile où le contrôle à distance est nécessaire (installations offshores, centrales nucléaires, commutateurs de réseaux électriques, équipements mobiles etc). L'objectif est d'utiliser des méthodes et outils du Génie Industriel et de la Sûreté de fonctionnement en réponse aux problématiques industrielles concrètes. Il s'agit donc de développer et mettre à disposition une méthodologie d'analyse des exigences de testabilité des systèmes embarqués et d'exploitation des informations issues des BIT pour le diagnostic et la localisation des défaillances.

Le sujet proposé concerne ainsi un point crucial de l'activité de maintenance qui  repose sur la prise en compte de l'aptitude à diagnostiquer un système dès sa conception et le suivi des dérives en exploitation. Une première étape permet de définir les critères de testabilité suivie d'une  étape de caractérisation des paramètres spécifiant de façon précise les indicateurs de sûreté aussi bien pour la partie matérielle que la partie logicielle du système embarqué. La phase d'exploitation consiste à mettre en œuvre un système de surveillance embarqué accessible par la centrale de maintenance. Il s'agit là de construire une base de données et de connaissances à travers des modèles, pour ensuite élaborer des méthodes et outils de diagnostic adaptés. Les différents développements réalisés sont ainsi intégrés dans un système  d'aide à la décision. Les développements attendus concernent aussi la définition des caractéristiques de  diagnosticabilité d'un système pour ensuite construire un diagnostiqueur qui doit être issu de la fusion de deux modèles : le modèle fonctionnel du procédé proposé dans la thèse de Knotek  [6], [8]  et l'arbre de défaillance dynamique qui tient compte des dépendances entre fautes [6] [9][10]. Le niveau de diagnosticabilité d'un système dépend des trajectoires de fautes du modèle mais aussi des points d'observation. L'algorithme de diagnostic sera basé directement sur l'analyse de l'arborescence de ce modèle par scrutation des différentes trajectoires (théorie des graphes) et par une démarche largement développée dans l'équipe  qui correspond à l'utilisation de modèles dynamiques par l'exploitation de données temporelles  [2] [10] [11].

Les développements dans le cadre de ce sujet de thèse seront donc structurés en trois grandes phases. Il s'agit dans une première phase, de proposer une méthodologie de construction des arbres de test pour un système hypothétique à définir. Suite à l'identification des modes de défaillance par des méthodes bien connues, la deuxième sera consacrée à l'agencement et l'ordonnancement des séquences de test permettant de couvrir un maximum de mode de défaillance. La définition de métriques de testabilité constituera la troisième phase.

Pour la réalisation des différents développements énoncés dans ce sujet de thèse, des connaissances en recherche opérationnelle pour l'implémentation d'algorithmes d'optimisation sont souhaitées.

 

Références

[1] GAMT16, Testabilité des cartes et des systèmes électroniques, 1993, commission technique interarmées de normalisation électronique (CTINE)

[2] Gascard E., Simeu-Abazi Z., Younes J.  « Exploitation of Built in test for diagnosis by using Dynamic Fault Trees: Implementation in Matlab Simulink», ESREL 2011, October 2011.

[3] Gascard, E.; Simeu-Abazi, Z., "Modular Modelling for the Diagnostic of Complex Discrete-Event Systems", IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, no.99, pp.1,23, 2013.

[4] GHELAM S., Implémentation d'une fonction de maintenance prédictive appliquée aux systèmes avioniques, Thèse de l'université Joseph Fourier : 2006.

[5] LEFEBVRE A., Contribution à l'amélioration de la testabilité  et du diagnostic de systèmes complexes : Application aux systèmes avioniques, 2009, Thèse de l'université Joseph Fourier, Grenoble.

[6] Manian R., Coppit D.W., Sullivan K.J., Dugan J.B., Combining Various Solution Techniques for Dynamic Fault Tree Analysis of Computer Systems, 1998.

[7] Michal Knotek « Fault diagnosis based on temporal analysis» Thèse de Doctorat de l'UJF en cotutelle avec l'université de BRNO (Rép. Tchèque),  2006.

[8] Simeu-Abazi Z., Di Mascolo M., Knotek M.  «Diagnosis of discrete event systems using timed automata , IFAC Conference on Cost Effective Automation in Networked Product Development and Manufacturing - IFAC-CEA, Octobre 2007.

[9] Simeu-Abazi Z., Di Mascolo M., Knotek M., Fault diagnosis for discrete event systems: modelling and verification, to be published in Reliability Engineering & System Safety Volume 95, Issue 4, April 2010, Pages 369-378.

[10] Simeu-Abazi Z., Lefebvre A.  " A methodology of alarm filtering by using dynamic fault tree,   Reliability Engineering & System Safety - Volume 96, Issue 2, February 2011, Pages 257-266.

[11] Simeu-Abazi Z., Gascard E., Chalagiraud F. « Diagnostic of discrete event systems using timed automata in MATLAB SIMULINK », ESREL 2011, october 2011.

mise à jour le 6 mai 2013

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Univ. Grenoble Alpes