Contribution à l'analyse des systèmes pilotés par calculateurs : extraction de scénarios redoutés et vérification de contraintes temporelles

The progressive integration of electronics in the car and avionics fields has lead to improvements in both functions and services. However, this has caused an increased complexity in the design of these systems, typically involving computers (e.g. mecatronic systems, flight computers, etc.), which makes the control of their reliability difficult. In addition, the phase of design must be fast and inexpensive (i.e. less prototypes and at later stages) with a level of guaranteed safety. In more cases for reasons of cost and implementation, material resources are limited and the system designers must avoid component redundancies within the system as much as possible. Reliability studies performed at the design phase have allowed a better control of the risks and reliability of the conceived systems. Indeed, the weak points which are highlighted during the evaluation of the level of safety of the conceived systems make it possible for the designers to specify strategies of piloting, and modes of reconfiguration, before the first tests on a real prototype. Computer-controlled systems that combine mechanical, hydraulic, electronic and data-processing technologies are referred to as hybrid. For these systems, continuous dynamics is applied to the power characteristics, and discrete dynamics is related to the numerical control and the existence of discrete events (for example, failures and thresholds). The study of reliability for such systems must necessarily take into account the existing interactions between their physical parameters (e.g. temperature, pressure, speed, etc.) and the failure of their components. Traditional methods for reliability such as Failures Trees are insufficient for these complex and hybrid systems because of their dynamic nature. Therefore, the time and order of execution of the events must be taken into account to ensure the safety of these systems. The scarcity of these feared scenarios exposes methods based only on simulation to the combinative explosion. There are indeed techniques of acceleration of simulation, largely used successfully, in particular in nuclear engineering. Our research work is placed within the framework of dynamic reliability. The objective is to carry out a qualitative analysis of the reliability of computer-based systems to extract the scenarios leading to feared states. This is a question of characterizing these scenarios as soon as possible in the design phase, which makes it possible to evaluate their probabilities of occurrence in order to validate the architecture of the system. We propose an approach based on linear logic and Predicates Transitions Differential Stochastic Petri Nets model (RdP PTDS), which respects the hybrid nature of these systems. This approach takes into account the continuous aspect of the system, and more particularly the thresholds associated to certain transitions in the Petri Net model. This approach determines more precisely the exact conditions of the occurrence of the feared event, i.e what has led the system to leave its normal operation and to evolve into the feared state. The originality of our approach is that the order of occurrence of the events is taken into account, and impossible scenarios with respect to continuous dynamics of the system are eliminated. Our approach is also directed towards the checking of certain properties of the computer-controlled systems. These properties can be temporal (e.g. maximum duration of a scenario, or duration between two orders), or related to the accessibility between two states. We believe that the automation of all stages of our approach is essential for the cases of complex systems where the risk of human error is very significant. This is why we developed a tool ESA_PetriNet (Extraction & Scenarios Analyser by PetriNet model), which makes it possible to extract the critical scenarios from a temporal Petri Net model, and to check certain properties of these computer-based systems. null nullLintégration progressive de lélectronique dans les secteurs automobile et avionique a amélioré le confort et les services rendus. Toutefois, cela a complexifié la conception des systèmes pilotés par calculateurs (systèmes mécatroniques, calculateurs de vol, etc.), ce qui rend difficile la maîtrise de leur fiabilité. Par ailleurs, la phase de conception doit être rapide et peu coûteuse (le moins de prototypes possible, le plus tard possible) avec un niveau de sécurité garantie. De plus, les ressources en moyens matériels étant limitées, pour des raisons de coûts et de mise en Suvre, les concepteurs évitent au maximum les redondances matérielles. Des études de Sûreté de Fonctionnement réalisées dès la phase de conception permettent une meilleure maîtrise des risques et de la fiabilité des systèmes conçus. En effet, les points faibles qui sont mis en évidence lors de lévaluation du niveau de sûreté des systèmes conçus permettent aux concepteurs de spécifier des stratégies de pilotage et des modes de reconfiguration avant les premiers essais sur un prototype réel. Les systèmes pilotés par calculateurs combinant des technologies mécaniques, hydrauliques, électroniques et informatiques sont hybrides: la dynamique continue est associée à la partie énergétique et la dynamique discrète est liée à la commande numérique et à lexistence dévénements discrets (défaillances, dépassements de seuils). Létude de la sûreté de fonctionnement de tels systèmes doit nécessairement tenir compte des interactions existantes entre leurs paramètres physiques (température, pression, vitesse&) et le dysfonctionnement de leurs composants. Les méthodes classiques de la sûreté de fonctionnement, comme les arbres de défaillances sont insuffisantes pour de tels systèmes complexes et hybrides car ils sont dynamiques. La sûreté de ces systèmes doit tenir compte du temps et de lordre dapparition des événements. La rareté de ces scénarios expose les méthodes basées seulement sur la simulation. au problème dexplosion combinatoire. Il existe en effet des techniques daccélération de la simulation, largement utilisées avec succès, dans lingénierie nucléaire notamment. Mes travaux de thèse sont placés dans le cadre de la fiabilité dynamique. Lobjectif est de réaliser une analyse qualitative de la sûreté de fonctionnement des systèmes pilotés par calculateurs pour extraire des scénarios menant à des états redoutés. Il sagit de caractériser ces scénarios au plus tôt dans la phase de conception, ce qui permet dévaluer leurs probabilités doccurrence pour valider larchitecture du système. Nous proposons une approche basée sur la logique linéaire et les Réseaux de Petri Prédicats Transitions Différentiels Stochastiques (RdP PTDS) qui garantissent le respect de la nature hybride de ces systèmes. Cette approche tient partiellement compte de laspect continu du système et plus particulièrement des seuils associés à certaines transitions dans le modèle RdP. Cela permet de déterminer plus précisément les conditions exactes de loccurrence de lévénement redouté : ce qui pousse le système à quitter son fonctionnement normal et à évoluer vers létat redouté. Loriginalité de notre approche est que lordre doccurrence des événements est pris en compte et les scénarios incohérents vis-à-vis de la dynamique continue du système sont éliminés. Notre approche est également orientée vers la vérification de certaines propriétés des systèmes pilotés par calculateur. Ces propriétés peuvent êtres de type temporel (la durée maximale dun scénario ou la durée entre deux commandes) ou de type accessibilité entre deux états. Lautomatisation de toutes les étapes de notre approche nous a paru indispensable dans le cas des systèmes complexes où le risque derreur humaine est très important. C'est pourquoi, j développé un outil ESA_PetriNet (Extraction & Scenarios Analyser by PetriNet model) qui permet dextraire les scénarios critiques qui mènent vers létat redouté à partir du n modèle Réseau de Petri temporel et de vérifier certaines propriétés des systèmes pilotés par calculateurs. nul