An integrated model-based early validation approach for railway systems
Une approche intégrée d'ingénierie des systèmes ferroviaires basée sur les modèles et prenant en charge leur validation
Résumé
Systems engineering is a field of study multidisciplinary by nature, using knowledge and techniques from different fields, from mathematics and computer science to organiza- tional theory. As such, it encompasses hundreds of different jobs and practices. It is a discipline used to develop complex systems, meaning systems being composed of different elements linked by relationships. While specifying, developing and validating individual components may not be an issue, doing the same for the whole system is often difficult.
A complex system such as a train is developed by several teams of engineers with different viewpoints. We consider here the practice in Bombardier Transport (BT), a train manufacturing company. In BT, the functional architecture alone necessitates to be divided among different engineers, using different scopes of study. It is expressed at system level, meaning the level of abstraction of a vehicle (consist) forming a train. The system is not defined as a global element, it is induced by different pieces of information. This information is specified by several engineers or even teams of engineers, even when considering the system only as a whole without the elements composing it.
The requirements, meaning the expectations expressed regarding the system, often include information relative to sub-systems or components. In order to conceive the system, the information characterizing it should be expressed at system level or be linked to global properties or constraints. It means abstracting the information when possible. Considering the amount of information used to characterize a system, abstracting it helps to make it more manageable while overlooking unnecessary details which are not relevant to a global perspective. It can then be integrated into a coherent whole.
Achieving the abstraction and the integration of the information requires having traceability, so that every relevant piece of information is considered when studying the whole system. Relevant information about the whole system is taken into account when studying each of its parts. The notion of relevance mentioned here means that it has an impact on the part that is currently studied. For example, a train, which is a whole system, will generally not move if one of its doors, which is a component, is open. On the other hand, a door component will not open if the whole train is moving. In this example, with the train being considered as a complex system, information regarding each individual door will not be considered when studying the train as a whole, just as a door will not receive information regarding characterizing the train as a whole. It is however necessary to express, correlate and trace information between different levels of abstraction to know and/or specify a system and its behavior.
The goal pursued in this thesis is to provide a method to integrate information re- garding a train system during the design phase, enabling the specification, representation and validation of its behavior. To this end, several solutions are developed: concepts characterizing the system and its behaviors are developed and applied in models. The way the models are created and the information expressed through them is automatically checked using verification rules. The information and the models are then integrated. The integration is specified and checked using constraints and properties based on the system concepts developed.
L’ingénierie système est par nature un domaine d’étude multidisciplinaire. Elle fait appel à des connaissances et des techniques d’origines variées, allant des mathématiques et de l’informatique à la théorie de l’organisation. Ainsi, elle couvre des centaines de métiers et de pratiques différents. C’est une discipline employée pour développer des systèmes, c’est-à-dire des ensembles composés de différents éléments liés par des relations. Bien que spécifier, développer et valider chacun de ces éléments séparément soit réalisable, faire de même pour le système dans sa globalité est souvent difficile.
Un système complexe tel qu’un train est développé par différentes équipes d’ingénieurs, chacune adoptant un point de vue différent. On s’intéresse ici aux pratiques au sein de Bombardier Transport (BT), une entreprise fabriquant des trains. A lui seul, le développement d’une architecture fonctionnelle d’un train au sein de BT nécessite de répartir le travail entre différents ingénieurs, chacun s’intéressant à un cadre d’étude par- ticulier. Une telle architecture est considérée au niveau d’abstraction du système étudié, qui est un véhicule formant un train ou une partie de train. Le système n’est alors pas défini comme un ensemble global, il est induit par différentes informations. Celles- ci sont fournies par différents ingénieurs ou équipes d’ingénieurs, quand bien même on s’intéresse au système et non pas aux éléments qui le composent.
Les exigences, c’est-à-dire les attentes exprimées vis-à-vis du système, comprennent généralement des informations relatives à ses sous-systèmes ou ses composants. Pour concevoir un système, les informations qui le caractérisent doivent être exprimées à son propre niveau d’abstraction ou bien être liées à des propriétés ou contraintes globales qui lui sont propres. Cela demande d’abstraire les éléments d’information chaque fois que cela est possible. Etant donné la quantité d’informations relatives au système, les abstraire facilite ainsi leur gestion tout en occultant les détails superflus. On peut alors les intégrer au sein d’un tout cohérent.
Domaines
Génie logiciel [cs.SE]
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)