Design of dependable automated system architectures using temporal sequences of failures : railroad piggybacking transportation systems application

Cette thèse s’intéresse à la conception de systèmes complexes d’automatisation sûrs de fonctionnement dont l’évaluation est basée sur des scénarios. Pour déterminer un système optimal, il est important de disposer d’outils de modélisation et d’évaluation rapides ainsi que des algorithmes d’optimisation adaptés au sein d’une méthodologie globale de conception. Cette méthodologie doit également permettre d’étudier l’impact des défaillances sur le comportement final du système contrôlé. Dans ce cadre, la détermination d’un architecture matérielle, son optimisation vis-à-vis de critères comme la longueur minimale des scénarios et le nombre de combinaisons de scénarios sont considérés.Nous proposons une modélisation fonctionnelle et dysfonctionnelle utilisant les scénarios de modes de défaillances. Le niveau de détail considéré est suffisamment fin pour décrire différentes possibilités d’agencements des composants utilisables ainsi que plusieurs types de composants. Si la modélisation fonctionnelle est facile à appréhender, la modélisation dysfonctionnelle tenant compte des scénarios est plus difficile. Afin de répondre à ce problème, nous proposons un modèle graphique baptisé ”Arbre de défaillances multiples améelioré” permettant de modéliser, à l’aide d’opérateurs temporels et de relations entre modes de défaillances, ce comportement dysfonctionnel. L’applicationde cette méthodologie à un système de ferroutage est présentée. Les résultats obtenus pour les fonctionnalités liées au problème de l’incendie et du désarrimage sont comparés avec une méthode classique d’évaluation afin de montrer l’efficacité de l’approche proposée. L’intégration de ces travaux dans un logiciel dédié à la conception de systèmes d’automatisation (plate forme ALoCSyS : Atelier Logiciel de Conception de Systèmes Sûrs) est décrite.This thesis deals with a design problem of dependable automated systems using scenarios. In order to determine an optimal system, having fast tools for modelling and evaluating dependability is important. These tools allow the set of possible architectures to be evaluated, and the impact of failures to be studied. The main considered questions include the determination of an equipment architecture, its optimization according to such criteria as the minimal length of scenarios, and its number of combinations. A new graphical model, called improved multi fault tree, which is enough accurate to model component organizations and scenarios, is proposed for this problem. This model uses temporal operators and failure relationships to model system’s behaviour in presence of multiple failures. Application of this method to the railroad piggybacking transportation system is also presented. Results obtained for a fire detection and a stowing protection system are presented. A comparison between the proposed approach and the classical dependability approach shows the benefits of this new methodology. The integration of this research in a software for designing dependable automated systems (ALoCSyS) is described