Participatory requirements engineering for complex interactive systems in aeronautics

L'ingénierie des exigences joue un rôle crucial dans la construction de systèmes aéronautiques sûrs. La notion d'exigence constitue la brique de base de la communication entre les différentes parties prenantes du système : client, utilisateurs, ingénieur système, fournisseurs. Non seulement les exigences sont structurantes pour la définition de système, mais le processus de certification lui-même est basé sur la démonstration de la conformité du système avec les exigences spécifiées, notamment par la traçabilité, c'est-à-dire un maintien des liens entre les différents artefacts d'ingénierie (exigences, exigences détaillées, composants, interfaces). Nous avons réalisé une étude qualitative, à base d'interviews contextuelles et prototypes, auprès de 15 praticiens industriels de quatre entreprises aéronautiques, afin d'enquêter sur les activités réellement effectuées par les ingénieurs en exigences et sur le support outillé de ces activités. Nous avons trouvé que les outils spécifiques à l'ingénierie des exigences contraignent les ingénieurs à un flux de travail rigide, qui est en conflit avec une exploration adaptative des problèmes de conception. Les ingénieurs commencent souvent par utiliser des outils à vocation générale pour favoriser l'exploration et la collaboration avec les fournisseurs, au détriment de la traçabilité. Quand les ingénieurs basculent sur le raffinement et la vérification des exigences, ils doivent utiliser des outils spécifiques pour garantir la traçabilité. Le manque d'utilisabilité de ces outils entraine une perte de temps significative et une insatisfaction. Sur la base de nos observations, nous développons une vision située de l'ingénierie des exigences, retranscrivant son rôle entre contexte d'ingénierie et contexte opérationnel du système. Sur la base de scénarios et de prototypes, nous formulons des exigences d'utilisabilité pour les outils spécifiques d'ingénierie des exigences. Nous proposons plus particulièrement des visualisations interactives et coordonnées de texte structuré permettant de décorréler rigueur et rigidité dans le processus d'ingénierie des exigences, en rendant possible une souplesse pendant le processus tout en éliminant progressivement toute approximation en sortie du processus. L'ingénieur bénéfice de visualisations structurées des exigences, à partir desquelles il peut communiquer avec les parties prenantes, chercher du texte, voir l'état d'avancement des exigences, détecter et compléter les informations manquantes par une navigation et un filtrage interactifs sur les visualisations. Au-delà des outils supportant une vision située de l'ingénierie des exigences, nous proposons une nouvelle approche : l'ingénierie participative des exigences. La finalité est la production d'exigences matures spécifiant dans le système futur la prise en compte de situations non prévues dans le système actuel mais gérées par les utilisateurs. Elle est basée sur une articulation de techniques utilisées en conception participative pour impliquer les utilisateurs, avec un effort continu d'abstraction et de formalisation des exigences pour informer la définition du système. Nous appliquons notre approche sur quatre projets aéronautiques : collaboration et contrôle aérien, cockpit d'avion-école électrique, analyse de rapport d'accident et nouvel instrument de vol. Nous présentons les artefacts d'ingénierie issues de l'application de notre approche afin d'en évaluer ses bénéfices.Requirements Engineering plays a crucial role in coordinating the different stakeholders needed for safe aeronautics systems engineering. The notion of requirement is a key concept in system definition and represents the cornerstone of communication among stakeholders: customer, user, systems engineers, suppliers. The certification process in critical systems requires traceability documents as a means of demonstrating safety, showing links between the several artifacts (high-level requirements, refined requirements, components and interfaces). We conducted a qualitative study, using interviews and mockups, with fifteen industrial practitioners from four aeronautics companies, to investigate which tasks are actually performed by requirements engineers and how current tools support these tasks. We found that RE-specific tools constrain engineers to a rigid workflow, which conflicts with the adaptive exploration of the problem. Engineers often start by using general-purpose tools to foster exploration and collaborative work with suppliers, at the expense of traceability. When engineers shift to requirements refinement and verification, they must use RE-specific tools to grant traceability. But the lack of tool usability yields significant time loss and dissatisfaction. Based on observed RE practices, we devise a situated vision of Requirements Engineering, rendering its role in between the operational context and the engineering context of the system. Based on scenarios and prototypes, we formulate usability insights for RE-specific tools. In particular, we propose interactive coordinated visualizations of structured text, allowing engineers to decorelate rigor from rigidity throughout the RE process, by providing flexibility during the process while gradually tackling approximation to the end of the process. The requirements engineer takes advantage of structured visualizations of requirements, from which he can communicate with stakeholders, search for text, get the progress status of requirements, detect and fill missing information thanks to interactive navigation and filtering. Beyond interactive tools supporting a situated vision of RE, we propose a new approach to RE: participatory requirements engineering (PRE). Its purpose is the production of mature requirements specifying in the future system the coverage of unforeseen situations in the current system, yet managed by users. The approach is based on the combined use of participatory design techniques to involve the users, with a continuous effort of abstraction and requirements statement to inform the system definition. We apply the approach on four projects in aeronautics: collaboration and air traffic control, cockpit of an electric training aircraft, analysis of accident report and new flight instrument. We present the engineering artifacts resulting from the application of the approach in order to evaluate its benefits