Soutenance mémoire
Retour sur la fiabilité des robots
Constat d’un échec persistant.
Nous avons vu qu’il existait des robots de tous types, réalisant des missions diverses et variées. Par contre tous ces robots ont un même point commun, ils ne sont pas fiables, et à un moment ou a un autre ils s’arrêtent de fonctionner, tombent en panne, ou simplement sont dans l’incapacité de finir leur mission .Si l’on prend l’exemple d’un système éprouvé telle q’une voiture, il est de notoriété que les nouveaux modèles sont susceptibles d’avoir des défauts de conception, de fiabilité, qui ne sont résorbés que par l’expérience de l’utilisation et le temps. De même en informatique, les nouveaux logiciels arrivent toujours avec leurs défauts de jeunesse ainsi que des failles de sécurité. Il est donc clairement utopique de penser qu’un robot parfait existe en sachant que dans la majorité des cas les robots ne sont que des prototypes. Les travaux de Carlson et Murphy viennent corroborer cette conjecture, dans [Carlson and Murphy, 2005, Carlson, 2004] ils regroupent plusieurs études de groupes de recherche indépendants dans le but d’étudier l’origines des fautes qui ont perturbés leurs différents robots mobiles au cours de missions de terrain. L’analyse se base sur des données collectées sur 24 robots, de 15 modèles différents produit par 7 fabricants. La variété des robots s’étend d’un petit robot géométriquement reconfigurable de quelques centimètres a un tank modifié de 60 tonnes.
Principes de la sûreté de fonctionnement
[Avižienis et al., 2004, Laprie et al., 1996] définissent la sûreté de fonctionnement (dependability en anglais) comme la propriété qui permet aux utilisateurs d’un système de placer une confiance justifiée dans le service qu’il leur délivre. La sûreté de fonctionnement se définit selon les auteurs selon 3 axes différents : ses attributs, ses entraves et ses moyens. Les attributs de la sûreté de fonctionnement sont l’ensemble des propriétés que le système doit respecter pour rester sûr en fonctionnement. Ses entraves sont les causes qui empêchent le système de fonctionner correctement. Ses moyens sont les différentes possibilités qui permettent au système de rester sûr, même sous la contrainte d’un certain nombre d’entraves.
Les attributs de la sûreté de fonctionnement
Les attributs de la sûreté de fonctionnement sont des sous-ensembles de celle-ci, définis selon différents points de vue. Nous donnons ci-dessous les définitions de ces attributs, extraites ou fortement inspirées de [Laprie et al., 1996] :
Fiabilité (reliability) : capacité d’un système à accomplir une tâche dans des conditions défavorables, pendant une durée déterminée et dans une plage spécifiée. Cela concerne donc la continuité du service assuré par ce système.
Disponibilité (availability) : représente le temps de fonctionnement efficace et sans problème.
Sécurité ou sécurité-innocuité (safety) : absence de conséquence catastrophique sur les personnes, l’environnement ou les autres équipements en interaction avec le système.
Intégrité (integrity) : absence d’altérations inappropriées de l’information.
Maintenabilité (maintainability) : aptitude du système aux réparations et aux évolutions.
Cette décomposition de la sûreté de fonctionnement permet une meilleure approche de la sûreté de fonctionnement suivant les contextes du travail. Par exemple, un attribut tel que la confidentialité (confidentiality), réservé aux systèmes dont les applications sont à caractère confidentiel, ne sera pas mis en avant dans le domaine de la robotique. Par contre, nous retrouverons dans ce contexte de la robotique des attributs tels la fiabilité, la sécurité et la disponibilité, ainsi que dans de moindre mesure la notion de maintenabilité.
Les entraves de la sûreté de fonctionnement
Les entraves à la sûreté de fonctionnement se décomposent en 3 classes : les fautes (fault), les erreurs (error), et les défaillances (failure). Une faute est une déviation d’au moins un élément du système ou d’une de ses propriétés caractéristiques. Une faute est la cause adjugée ou supposée d’une erreur. Une erreur est la partie de l’état du système qui est susceptible d’entrainer une défaillance. Enfin, une défaillance est une déviation du service rendu par le système par rapport à son service nominal.
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Table des matières
Introduction Générale
1 Contexte de travail
1.1 Retour sur la fiabilité des robots
1.1.1 Constat d’un échec persistant
1.2 Principes de la sûreté de fonctionnement
1.2.1 Les attributs de la sûreté de fonctionnement
1.2.2 Les entraves de la sûreté de fonctionnement
1.2.3 Les moyens de la sûreté de fonctionnement
2 Approches pour la sûreté de fonctionnement
2.1 Prévention des fautes
2.2 Elimination des fautes
2.2.1 Elimination des fautes au cours du développement d’un système
2.2.2 Elimination de fautes au cours de l’utilisation d’un système
2.3 Prévision des fautes
2.3.1 L’AMDEC
2.3.2 Arbres de défaillance
2.3.3 Arbres d’évènement
2.4 Tolérance aux fautes : méthodes de détection et diagnostic de fautes
2.4.1 Les étapes de la tolérance aux fautes
2.4.2 Le diagnostic
2.5 Tolérance aux fautes : Techniques de recouvrement
2.5.1 Recouvrement passif
2.5.2 Recouvrement actif
2.5.3 Recouvrement par interaction Homme-Machine
2.6 Analyse et conclusion
3 Architectures de contrôle robotiques et sûreté de fonctionnement
3.1 L’architecture de contrôle robotique
3.1.1 La notion d’architecture : Définitions
3.1.2 Les architectures de contrôle robotiques : La typologie classique
3.2 Prévention des fautes
3.2.1 Modularité des systèmes
3.2.2 Outils de conception des systèmes
3.3 Élimination des fautes
3.3.1 Test et simulation
3.3.2 Validation formelle
3.4 Prévision des fautes
3.4.1 Analyses statistiques
3.4.2 Application de l’AMDEC en robotique
3.4.3 Analyse de la sévérité des fautes
3.5 Tolérance aux fautes
3.5.1 Les méthodes logicielles de détection de fautes
3.5.2 Le recouvrement
3.6 Conclusion
4 Méthodologie pour une architecture de contrôle tolérante aux fautes
5 Architecture de contrôle COTAMA
6 Mission de livraison de courrier au sein du laboratoire
7 Prévision des fautes : Application de la méthodologie sur le cas d’étude
8 Tolérance aux fautes : Mise en œuvre Architecturale
9 Description et analyse d’une mission
Conclusion Générale
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