Analyse quantitative robuste pour la sûreté de fonctionnement

Les analyses de sécurité et de disponibilité des systèmes aérospatiaux s'appuient sur des méthodes bien connues telles que l'analyse des arbres de défaillances (FTA) ou les chaînes de Markov. Ces méthodes produisent des résultats avec un niveau de confiance connu et accepté dans certains standards (SAE ARP 4761A/ Eurocae ED 135). Cependant, les systèmes industriels sont aujourd’hui de plus en plus complexes et interconnectés et l’évaluation de leur sécurité et de leur disponibilité nécessite de nouvelles techniques et outils de modélisation.
Model Based Safety Assessment (MBSA) est une approche qui permet de créer des modèles proches de l'architecture fonctionnelle ou physique du système et facilite ainsi le partage des modèles avec d'autres ingénieurs impliqués dans la conception du système. D’autre part, MBSA permet de modéliser efficacement des systèmes plus complexes et de prendre en compte les reconfigurations dynamiques. Pour cela, MBSA s’appuie sur des langages formels à base d’automates et de formalisme booléen. Différents langages et outils de modélisation implémentent cette approche, par exemple le langage de modélisation AltaRica.
Plusieurs outils d'évaluation sont disponibles pour les modèles MBSA. Ils permettent par exemple la génération d'équations booléennes, la génération d'ensembles de coupes minimales, la génération de séquences critiques conduisant à une condition de défaillance, la simulation stochastique, etc. Ainsi, le modèle formel est analysé par un solveur pour calculer automatiquement les scénarios de défaillances minimaux menant à un événement redouté. A partir de ces scénarios, des indicateurs qualitatifs peuvent être calculés (comme le nombre minimal de défaillances avant un événement redouté) afin d'évaluer la sécurité du système.
Néanmoins, ces analyses qualitatives doivent être complétées par l'estimation d'indicateurs probabilistes comme la fiabilité ou la disponibilité. Le calcul de tels indicateurs est un champ d'étude largement exploré et appliqué dans l'industrie (chaînes de Markov [4,5], simulations Monte Carlo [4,5]) mais implique souvent des analyses coûteuses en terme de temps de calcul.
Les expériences ont montré les bénéfices de ces approches mais aussi la nécessité d'un accompagnement des utilisateurs pour choisir les moyens d'évaluation les plus adaptés. De plus des approximations/simplifications des évaluations sont nécessaires pour obtenir des résultats pertinents dans les cas de modèles et calculs trop complexes.
Les objectifs de la thèse proposée sont :
1. Clarifier dans quelles conditions chaque type de simplification/approximation est suffisamment robuste, c’est-à-dire correct et suffisamment précis;
2) Étendre les méthodes existantes pour disposer d'un processus d'évaluation plus robuste si nécessaire.
Plan de travail
1. État de l’art :
- Revue de la littérature sur l'évaluation de la sécurité et de la disponibilité, des pratiques industrielles (ARP4761) et des outils MBSA (Cecilia, SimfiaNeo, AltaRica Wizard) ;
- Familiarisation avec les systèmes aérospatiaux et leurs modèles de pannes en fonction de la dynamique du système et des taux de défaillance.
2. Définition des critères de robustesse cibles, par exemple performance, correction, précision (cadrage haut/bas) en fonction de l'objectif d'évaluation de l'utilisateur et du type de modèle.
3. Développement d'une taxonomie de méthodes, de critères et de domaines d'usage basée sur des résultats théoriques et/ou expérimentaux.
4. Amélioration des méthodes existantes :
- Annotation éventuelle des modèles approximés ;
- Amélioration des algorithmes de calcul existants et développement d'un prototype ;
- Validation du prototype sur maquettes industrielles.
Une collaboration avec plusieurs partenaires industriels est envisagée dans le cadre du projet CoSMoS (Collaborative Safety (&RAMT) Modeling Studies) de l'IRT St-Exupéry.

cf lien site Web

Profil et compétences recherchées : 

Mathématiques appliquées, probabilités / statistiques, méthodes numériques, informatique

Niveau d'anglais requis: Intermédiaire: Vous pouvez parler la langue de manière compréhensible, cohérente et avec assurance sur des sujets de la vie courante qui vous sont familiers.