CO-UtilisateurConception de systèmes autour de l'utilisateur en alliant MBSE et HSI

par Charlotte Strobbe

Projet de thèse en Informatique et Génie Industriel

Sous la direction de Rob A. Vingerhoeds et de Stéphane Valès.

Thèses en préparation à Toulouse, ISAE , dans le cadre de École doctorale Systèmes , en partenariat avec ISAE-ONERA DECISIO DECIsion, Supervision et Interaction pour l'Opération de systèmes complexes (laboratoire) et de ISAE/DISC/EDSYS/DECISIO Département d'Ingéniérie des Systèmes Complexes (equipe de recherche) depuis le 02-11-2023 .


  • Résumé

    La proposition actuelle de thèse est de revisiter la façon d'analyser les besoins fonctionnels, comportementaux, structurels et expérientiels pour assurer un support adéquat pour les humains et les systèmes, par exemple le pilote unique dans un avion commercial. L'idée est de s'appuyer sur le Human-System-Integration (intégration humain-machine, HSI). Le HSI est basée sur la conception et la créativité centrées sur l'humain (Human-Centered Design, HCD), le travail collaboratif, l'ingénierie cognitive, l'analyse de la complexité, la conception et la gestion de l'organisation, la modélisation et la simulation « humaine dans la boucle », les médias d'interaction avancés et l'étude des systèmes critiques. Le HCD combiné à l'ingénierie des systèmes (IS) conduit au HSI. Cette thèse propose de continuer sur ce que propose l'état de l'art et de modéliser les systèmes, de modéliser le comportement des opérateurs au sens large et, en s'appuyant sur le HSI, de proposer une nouvelle approche sur le partage des activités pour gérer une conduite optimale, une opération d'une centrale nucléaire parfaite sous contrainte de toutes les législations, etc. Cela passera par une modélisation des besoins, puis des exigences fonctionnelles, comportementales, structurelles et expérientielles, et notamment des modes automatisés autonomes et des modes contrôlés par l'humains, et la transition entre ces deux modes. Des diverses études (ex. [2] pour des avions commerciaux) proposent des bases pour ces modélisations. Ainsi, cette thèse ouvrira des perspectives pour l'architecture fonctionnelle des systèmes du futur et identifiera des perspectives pour la conception de ces systèmes et la façon de les gérer. Dans cette optique, le HSI est un processus qui a pour but d'assurer que les capacités de l'humain et ses limitations sont considérées de manière effective dans le design du système et son développement. L'application de cette démarche permet de réduire les coûts dans le cycle de vie du système en s'assurant que les concepteurs prennent en compte les éléments liés à l'utilisateur lors de l'élaboration de ce cycle et ainsi éviter des coûts supplémentaires non-prévus. Le MBSE (Model-Based Systems Engineering) est, quant-à-lui, défini comme l'application formalisée de la modélisation afin de soutenir les exigences, la conception, l'analyse, la vérification et la validation du système, en commençant par la phase de conception et en se poursuivant tout au long du développement et du cycle de vie. Vu les avantages que présentent ces deux outils, les utiliser de manière conjointe lors de la conception de systèmes serait plus que bénéfique pour l'industrie. Comment allier de manière optimale le MBSE et HSI dans la conception de systèmes ? Répondre à cette question est le défi de cette thèse. La place de l'utilisateur devenant de plus en plus importante dans la conception de systèmes, la mise en place d'un processus permettant la prise en compte systématique des capacités de l'utilisateur lors de la phase de conception devient nécessaire. L'objectif de cette thèse est donc de travailler sur une approche capable de soutenir la conception et la prise de décision éclairée pendant la conception des systèmes autour de l'humain. Pour atteindre cet objectif, le HSI, le MBSE et la simulation basée agents seront étudiés, ce qui permettra de poser les bases pour une prise de décisions fiable.

  • Titre traduit

    CO-UserDesigning systems around the user by combining MBSE and HSI


  • Résumé

    The current thesis proposal is to revisit the way in which functional, behavioural, structural and experiential needs are analysed to ensure adequate support for humans and systems, for example the single pilot in a commercial aircraft. The idea is to rely on Human-System-Integration (HSI). HSI is based on Human-Centered Design (HCD), collaborative work, cognitive engineering, complexity analysis, organisational design and management, 'human-in-the-loop' modelling and simulation, advanced interaction media and the study of critical systems. HCD combined with systems engineering (SI) leads to HSI. This thesis proposes to build on the state of the art by modelling systems, modelling the behaviour of operators in the broadest sense and, based on HSI, proposing a new approach to the sharing of activities in order to manage optimal control, the operation of a perfect nuclear power plant under the constraints of all the legislation, etc. This will involve modelling the needs of the operators and their interaction with the system. This will involve modelling needs, then functional, behavioural, structural and experiential requirements, in particular autonomous automated modes and human-controlled modes, and the transition between these two modes. Various studies (e.g. for commercial aircraft) provide a basis for such modelling. Thus, this thesis will open up perspectives for the functional architecture of future systems and will identify perspectives for the design of these systems and how to manage them. From this perspective, HSI is a process that aims to ensure that human capabilities and limitations are effectively considered in system design and development. By applying this approach, it is possible to reduce costs in the system's lifecycle by ensuring that designers take user-related elements into account during the development of this cycle, thereby avoiding unforeseen additional costs. MBSE (Model-Based Systems Engineering) is defined as the formalised application of modelling to support system requirements, design, analysis, verification and validation, starting with the design phase and continuing throughout the development and life cycle. Given the advantages of these two tools, using them together in systems design would be more than beneficial to the industry. How can MBSE and HSI be optimally combined in system design? Answering this question is the challenge of this thesis. As the role of the user becomes increasingly important in system design, it becomes necessary to set up a process for systematically taking user capabilities into account during the design phase. The aim of this thesis is therefore to work on an approach capable of supporting design and informed decision-making during the design of systems around humans. To achieve this objective, HSI, MBSE and agent-based simulation will be studied, which will lay the foundations for reliable decision-making.