Le processus d ingénierie système. Yann Pollet Conservatoire National des Arts et Métiers Chaire d intégration des systèmes

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1 Le processus d ingénierie système Yann Pollet Conservatoire National des Arts et Métiers Chaire d intégration des systèmes

2 La démarche générale d ingénierie Finalité de l organisation autres composants Finalité du système cible Besoins des parties prenantes Le futur système Sur-système / organisation MOA Recueil, analyse des besoins Exigences fonctionnelles non fonctionnelles Exigences de type 1 CdCF Spécification Analyse fonctionnelle externe Fonctions de service +scénarios exigences non fonctionnelles Exigences de type 2 SPEC MOE Analyse fonctionnelle interne Vues statiques et dynamiques Modèles du système allocation Etudes Conception du système Définition des constituants / sous-systèmes Interfaces Architecture physique du système

3 Le processus d ingénierie système Besoins (cahier des charges) Définition du système monde du problème Ingénierie et intégration Spécification de systèmes missions Système des exigences fonctionnalités contraintes Ingénierie Études de Coût Intégration système compromissystème délai État de l art technologique Définition standards d architecture produits Spécifications des constituants monde des solutions génie 1 génie 2 génie 3 Constituants sur étagère Réalisation des constituants

4 Le processus d ingénierie système Prise en compte du système englobant Système englobant Prise en compte du système opérant piloté système Système opérant

5 Le processus d ingénierie système Prise en compte de l ensemble du cycle de vie Prise en compte du soutien logistique Prise en compte du système «ingénierant» Prise en compte des technologies mises en œuvre technologies Système ingénierant produit Système de soutien logistique système Installation opération retrait

6 Un problème d optimisation Fonctions Performances Technologies Caractéristiques non fonctionnelles n.(n-1) 2 conflits élémentaires possibles Coût du projet Coût global Délai Organisation Aspect systémique : analyser les problèmes et risques qui émergent des conflits entre pôles

7 La spirale des choix Besoin choix des concepts conflits de besoins conflits d exigences Besoins, opportunités Définition du système alternatives fonctionnelles alternatives d architecture alternatives physiques

8 L intégration des disciplines besoin Ingénierie des systèmes définition du système Domaine du besoin maître d ouvrage multiples points de vue responsables utilisateurs exploitants Domaine des métiers logiciel électronique thermique télécommunications thermique ergonomie Intégration des disciplines Langage commun partage de modèles Domaine des spécialités sûreté de fonctionnement sécurité performances Domaine logistique approvisionnement production exploitation maintien retrait

9 Ingénierie des systèmes informatiques Le processus d ingénierie système démarche à mettre en œuvre tout au long du cycle? La modélisation en ingénierie système conception d un système par modélisation : selon différents points de vue à différents niveaux

10 Niveaux d abstraction des systèmes Niveau contextuel Fonctions et contraintes de service correspondant aux missions du système Niveau conceptuel aspect fonctionnel Niveau structurel aspect organisationnel Niveau concret aspect physique Fonctions et contraintes techniques du soussystème humain Organigramme du personnel Affectation du personnel Fonctions et contraintes du sous-système technique Architecture matériel et logiciel Configuration physique matériel et logiciel

11 Processus général Analyse des exigences Norme IEEE P1220 Validation des exigences Analyse fonctionnelle Décomposition fonctionnelle Référentiel des exigences Architecture fonctionnelle Analyse et compromis système Synthèse Vérification physique Architecture physique contrôle

12 La boucle de définition système Développer les exigences système Définir ou modifier l architecture fonctionnelle Définir ou modifier l architecture technique Allouer les exigences Valider Continuer au niveau inférieur documenter

13 L analyse des exigences Analyse des exigences Validation des exigences Analyse fonctionnelle Décomposition fonctionnelle Référentiel des exigences Architecture fonctionnelle Analyse et compromis système Synthèse Vérification physique Architecture physique contrôle

14 L analyse des exigences Définit les spécifications du système : exigences fonctionnelles : ce que doit faire le système exigences non fonctionnelles : caractéristiques, qualité contraintes et environnement du système fixe contractuellement l engagement du maître d œuvre, engage le coût Deux étapes : l analyse des besoins le raffinement des exigences

15 L analyse des besoins Réalisée par le maître d ouvrage (études préalable) cahier des charges + maître d œuvre Spécification Technique de Besoins Problème d extraction des véritables «besoins» : multiplicité, instabilité et inconsistance des expressions mise au jour des besoins non explicités séparation contrainte stricte / attente, gestion des conflits anticipation (convergence itérative) Opérationnels ExploitantsAdministrateursBesoins non explicités Résolution de conflits Opération Besoin analysé Exigences Contraintes strictes Attentes Système

16 L analyse des besoins (suite) Nécessité de modélisations pour la transmissibilité entre analyste et utilisateurs Maquettage partiel du système et de ses Interfaces Homme-Machine Techniques dans le cas d expertises complexes, assistance de techniques linguistiques et cognitives (KOD, C. Vogel)

17 Le raffinement des exigences Décomposer et préciser les exigences de besoin (ex : sécurité), Différents modes et phase du cycle de vie vérification de la faisabilité technique dans le budget et le coût premiers choix de conception vérification de la testabilité de chaque exigence analyse de risque analyse de la valeur comparaison avantage / coût validation des spécifications avec les représentants d maître d ouvrage fige le Référentiel des exigences

18 Raffinement des exigences : principaux points Missions et objectifs du système Prise en compte des différents types d utilisateurs et des exploitants scénarios opérationnels et interaction avec l environnement technologique et humain flux (matière, énergie, information), processeurs conditions environnementales (température, chocs, vibrations,. contraintes internes du maître d ouvrage ou du maître d œuvre contraintes externes : standards industriels, réglementation contraintes opérationnelles d exploitation et de logistique ergonomie facteurs de qualité attendus : performance, fiabilité, disponibilité, sûreté, sécurité, maintenabilité, opérabilité, interopérabilité)

19 Ingénierie des exigences Différentes activités : arties enantes cuments Elicitation des besoins Analyse Négociation Validation besoins Gestion des exigences Implique successivement le MOA et le MOE Récursivité système / sous-système dans la démarche d ingénierie Traçabilité des évolutions, des liens entre artefacts, des liens de «transformation» CDCF STB

20 L analyse fonctionnelle Analyse des exigences Validation des exigences Analyse fonctionnelle Décomposition fonctionnelle Référentiel des exigences Architecture fonctionnelle Analyse et compromis système Synthèse Vérification physique Architecture physique contrôle

21 L analyse fonctionnelle Objectif : détailler la définition du problème développer l architecture fonctionnelle du système par décomposition itérative de fonctions de l analyse des exigences définir chaque fonction : transformation de flux comportement dynamique Interactions Plus généralement, analyse «logique» (approche objet) allouer les exigences non fonctionnelles

22 Décomposition d une fonction Différentes représentations F E F 1 I 13 F 3 S 1 F 1 F 2 F 3 I 12 I F 23 2 S 2 F 1 F 21 F 21 F 22 I 12 F 2 F 21 F 22 I 23 S 2 F 22 F 3 rborescence fonctionnelle Décomposition structurée Matrice de couplage

23 L analyse fonctionnelle Décomposition : qualité d une décomposition : forte cohésion interne faible couplage entre sous-fonctions limitation des interfaces répartition équilibrées des exigences de performances entr sous-fonctions étude de décompositions alternatives avec résolution de conflits par recherche de compromis Vérification de la complétude de l architecture fonctionnelle Production de l architecture fonctionnelle : décomposition des fonctions interactions, flux et objets traités comportement dynamique

24 Ingénierie des systèmes Un exemple simple Un système de transport automatique

25 Analyse de système. Exemple : un système de transport automatisé Finalité : transporter des passagers de station en station Concept : véhicule léger sur rail, automatisé, à moteur électrique Environnement : voie en site propre, alimentation électrique secourue, stations d embarquements passagers Objectifs, contrainte : performances (flux, délais, sécurité) Système opérant : système de transport véhicule léger + infrastructure (voie, stations, alimentation électrique) + signalétique Système de transport : système opérant + système de conduite + système de supervision Système logistique : alimentation électrique, équipe d entretien Système de transport véhicule ous-système de conduite Voie et infrastructure Système opérant Sous-système de supervision

26 Un système de transport automatisé Parties prenantes : exploitant (direction, opérationnels, maintenance, ), passagers, Objectifs : Flux moyen de passagers. Ex : 50 passagers à la minute Temps d attente max. Ex : 2 minutes Temps de transport Exigences non fonctionnelles, contraintes : Sécurité physique des passagers dans le véhicule Sécurité des voies Information des passagers Prise en compte des pannes Choix d une solution automatisée Minimisation du coût d exploitation

27 Scénario opérationnel «Contexte» du système Système de transport Equipe d entretien En station Energie. électrique Diagramme contextuel En transport information Arrêt

28 Fonctions du système Une fonction de service «opérationnelle» : Acheminer (stations S i, S j ) Fonctions techniques : Transporter Embarquer / débarquer Contenir Déplacer (S i, S j ) Informer les passagers Détecter les dangers Surveiller les voies Détecter pannes Informer opérateur humain Arrêter le système en urgence

29 Analyse des fonctions du systèmes Acheminer Fonction de service Fonctions techniques Transporter Informer Détecter dangers Embarquer / débarquer Contenir Déplacer Estimer temps restant Afficher Emettre message Surveiller état voie Surveiller véhicules pturer sition Position ner en station Freiner Ouvrir Capturer état porte Avertir Fermer Capturer état porte Capturer Accélére r Piloter acc. Maintenir constante Capturer Piloter V. Stopper Capturer position Capturer positions autres véhicules Informer Arrêter e urgence Avancer Piloter arrêt ouvrir fermer Propulse r Propulse r Freiner Capturer Freiner

30 Choix de conception, compromis Choix à effectuer Capture de Capture de position Lois de régulation du trafic Contrôle local / global Communications Surveillance voie Basse précision (information) Haute précision (arrêt) Véhicule <-> surveillance Véhicule <-> véhicule Alternatives Anémomètre Mesure de la rotation roues Centrale inertielle GPS Intégration de la Centrale inertielle Capteur voie et station Capteur quai (technologie?) Cantonnement par section Flux tendu avec distance de sécurité Autre Contrôle local des déplacements Contrôle sur un site central Communications radio en continu En arrêt station Direct ou via site central Capteur d obstacle sur véhicule Capture et traitement vidéo

31 Choix de conception, compromis (2) Contraintes, faisabilité, coût, risque Emergence d une solution Estimation de à partir de la rotation roue Estimation de position basse précision par intégration et capteurs voies Mesure de position haute précision par capteur quai régulation par cantonnement de zones Contrôle de déplacement en local, état global système sur site central de surveillance Communication radio véhicule station à l arrêt Communication stations site central de surveillance

32 Architecture organique Système de conduite Liaison radio Véhicule Capteurs obstacles Récursivité de l analyse de systèmes Spécification du système de conduite embarqué, Calculateur de surveillance Station Capteur station Capteurs voie

33 Allocation des fonctions Domaine fonctionnel Transporter Informer Détecter dangers Embarquer / débarquer Contenir Déplacer Estimer temps restant Emettre message Surveiller état voie Surveiller véhicules pturer sition Position ner en station Freiner Ouvrir Capturer état porte Avertir Fermer Capturer état porte Capturer Accélére r Piloter acc. Maintenir constante Capturer Piloter V. Stopper Capturer position Capturer positions autres véhicules Piloter freinage Informer Arrêter e urgence Avancer Piloter arrêt ouvrir fermer Propulse r Propulse r Freiner Capturer Freiner Architecture organique Station porte moteur Système de conduite embarqué Site de surveillance

34 Les différents niveaux de systèmes Pilotage, décision Opérateurs, postes de surveillance, logiciels de contrôle information Système d Information information Logiciels embarqué et poste central voyageurs énergie Système Opérant voyageurs Véhicules, voies, infrastructures, signalétique

35 Aspects temporels «Continu» et «phases» : loi de fonctionnement Mais tous les aspects temporels n ont pas été traités (modes) : Prise en compte de la maintenance Adaptation de la aux conditions extérieurs Modulation du flux de véhicule en fonction des heures ou du flux observé

36 Analyse du système de conduite Choix techniques : système de conduite autonome embarqué capteurs : proximité station, station, fin de voie obstacle arrêt d urgence consigne alarme messages capteurs voie capteur d obstacle état porte Système de conduite Alim. électrique xigences fonctionnelles onctions de service embarquer / débarquer passagers transporter d une station à l autre Exigences d interface alimentation électrique Voie et infrastructure cde accélération cde freinage cde ouverture porte cde fermeture porte Exigences non fonctionnelles sécurité absolue des passagers facilité d utilisation performances : temps de transport d une station à la suivante précision des arrêts Exigences du cycle de vie procédures de maintenance

37 Exemple : vision opérationnelle ouverture porte fermeture porte cde accélération capteurs voie station transport Exigences fonctionnelles Fonctions de service embarquer / débarquer passagers transporter cde freinage capteurs station capteur capteurs voie capteur d obstacle état porte arrêt arrêt d urgence consigne alarme messages Système de conduite Alim. électrique cde accélération cde freinage cde ouverture porte cde fermeture porte Exigences non fonctionnelles sécurité absolue des passagers sécurité des personnes extérieures performances : temps de transport d une station à la suivante précision des arrêts

38 Arborescence fonctionnelle Vision fonctionnelle interne Décomposition temporell Décomposition fonctionnelle transporter mission Phases de vie Fonctionnement Modes Continu évolution marche / arrêt / maintenance contrôle des transitions entre éta contrôle du système opérant embarquer / débarquer conduire Informer usagers fonctions de service ouvrir porte fermer porte accélérer Rouler à constante stopper estimer position diffuser message Fonctions techniques Acquérir Cmder acc. acquérir Cmder Acquérir Cmder arrêt estimer position

39 Exemple : vision opérationnelle ouverture porte fermeture porte cde accélération capteurs voie station transport Exigences fonctionnelles Fonctions de service embarquer / débarquer passagers transporter cde freinage capteurs station capteur capteurs voie capteur d obstacle état porte arrêt arrêt d urgence consigne alarme messages Système de conduite Alim. électrique cde accélération cde freinage cde ouverture porte cde fermeture porte Exigences non fonctionnelles sécurité absolue des passagers sécurité des personnes extérieures performances : temps de transport d une station à la suivante précision des arrêts

40 Arborescence fonctionnelle Vision fonctionnelle interne Décomposition temporell Décomposition fonctionnelle transporter mission Phases de vie Fonctionnement Modes Continu évolution marche / arrêt / maintenance contrôle des transitions entre éta contrôle du système opérant embarquer / débarquer conduire Informer usagers fonctions de service ouvrir porte fermer porte accélérer Rouler à constante stopper estimer position diffuser message Fonctions techniques Acquérir Cmder acc. acquérir Cmder Acquérir Cmder arrêt estimer position

41 Flux d information état porte info. capteurs voie pteur obstacle état porte arrêt urgence nsigne embarquer / débarquer conduire ouverture / fermeture porte signal sonore cde accélération cde freinage alarme estimation position état porte ouvrir porte fermer porte ouverture porte fermeture porte signal sonore Informer usagers messages Représentation des flux d informations

42 Flux d information(2) information acquérir capteur obstacle capteur porte arrêt urgence commander accélération consigne capteurs voies estimer position réguler commander arrêt commande accélération commande freinage position estimée

43 pteur obstacle apteur porte rrêt urgence capteur porte information consigne Comportement dynamique Processus de fonctionnement mettre en fonctionnement système prêt système ok embarquer / débarquer porte fermée informer usagers pas fin de voie conduire arrêt messages mode arrêt ouverture / fermeture porte signal sonore cmde accélération / freinage alarme mettre hors fonctionnement mode marche

44 Analyse fonctionnelle VISION OPERATIONNELLE services rendus à l'environnement DOMAINE DU PROBLEME scénarios opérationnels SPÉCIFIER POUR RÉPONDRE AU JUSTE BESOIN décomposition fonctionnelle VISION FONCTIONNELLE sous-fonctions fonctions de service mission phases de vie modes fonctionnement continu décomposition temporelle architecture fonctionnelle processus de fonctionnement VISION PHYSIQUE architecture physique DOMAINE DE LA SOLUTION ARCHITECTURER POUR OBTENIR LES COMPORTEMENT SPÉCIFIÉS

45 Analyse des exigences La phase de synthèse Validation des exigences Analyse fonctionnelle Décomposition fonctionnelle Référentiel des exigences Architecture fonctionnelle Analyse et compromis système Synthèse Vérification physique Architecture physique contrôle

46 La phase de synthèse Objet : définition de l architecture physique modélise une solution sous la forme d un assemblage de constituants existants ou réalisables par les différents génies allocation à chaque constituant de fonctions et contraintes de performances de l architecture fonctionnelle allocation aux organes physiques des interfaces et spécification de chaque constituant spécification des composants à développer

47 Démarche de conception de systèmes informatiques Conception d un modèle d architecture technique, indépendant des produits Recherche d une infrastructure ou configuration de base conforme à cette architecture mécanismes de communication, standards,... Recherche de constituants compatibles préexistants sur le marché ou capitalisés par le maître d œuvre Spécification des constituants spécifiques ou des interfaces

48 Conception de l architecture technique(rdd) dynamique décomposition fonctionnelle et comportementale décomposition organique données fonctions egroupement des fonctions pour les llouer aux sous-systèmes et onstituants : btention de constituants cohérents t homogènes inimisation des interfaces entre onstituants actorisation des fonctions ommunes dans des constituants pécifiques Allocation des exigences non fonctionnelles Allocation des exigences définition des interfaces Adjonction de couches défensives

49 Allocation des fonctions aux organes E F 1 I 13 F 3 S 1 sous-système A I 12 I F 23 2 S 2 constituant A1 constituant A2 décomposé en alloué à E F 1 I 13 interface F 3 S 1 I 12 I F 23 2 S 2

50 La phase de synthèse A l issu de la phase de synthèse : configuration de l architecture physique du système arborescence produit (PBS) structure des tâches (WBS) spécification des sous-systèmes et constituants à réaliser définition de leurs cycles de vie définition des tests de validation techniques et tests d intégration

51 Architecture physique Exemple : robot mobile système Sous-système capteur Sous-système véhicule Sous-système manipulateur Sous-système calculateur Composant optique Composant commande Composant mécanique Composant commande matériel logiciel moteu r caméra matériel logiciel Analyse de scènes Élaboratio de plans commande traitement d image extraction contours

52 Analyse des exigences L analyse système Validation des exigences Analyse fonctionnelle Décomposition fonctionnelle Référentiel des exigences Architecture fonctionnelle Analyse et compromis système Synthèse Vérification physique Architecture physique contrôle

53 Le contrôle Analyse des exigences Validation des exigences Analyse fonctionnelle Décomposition fonctionnelle Référentiel des exigences Architecture fonctionnelle Analyse et compromis système Synthèse Vérification physique Architecture physique contrôle

54 L ingénierie des systèmes MISSION ENVIRONNEMENT CONTRAINTES DOMAINE DU PROBLEME analyse des besoins cahier des charges fonctionnel SPÉCIFIER POUR RÉPONDRE AU JUSTE BESOIN spécification des exigences analyse système évaluations compromis décisions exigences système vérification & validation conception fonctionnelle ÉTAT DE L'ART TECHNOLOGIES MATURES PRODUITS DISPONIBLES architecture physique exigences composants conception physique DOMAINE DE LA SOLUTION architecture fonctionnelle ARCHITECTURER POUR OBTENIR LES COMPORTEMENTS SPÉCIFIÉS support et maîtrise des processus d'ingénierie

55 L ingénierie des systèmes analyse des besoins nouvelles exigences modifications d'exigences cahier des charges fonctionnel spécification des exigences référentiel des exigences conception fonctionnelle analyse fonctionnelle contexte mission phases de vie fonctions de service modes sous-fonctions fonctionnement continu décomposition fonctionnelle et temporelle architecture fonctionnelle scénarios opérationnels processus conception physique architecture fonctionnelle architecture physique architecture physique