Proposition d'architecture et de processus pour la résilience des systèmes : application aux systèmes critiques à longue durée de vie

The long operational lifecycle of systems and the uncertainty of the environment are a great challenge to engineers. Resilience enhances reliability and safety to take into account the unforeseeable situations, without precedent. The goal is to understand the situation to avoid an accident. The quality of the human-machine interaction is the key issue to achieve this goal. The state of the art explains that sociotechnical systems resilience completes safety approach. Implementaing resilience impacts both system architecture and systems engineering processes. At the end, implementing resilience impacts human-computer interaction, user centred design as well as architecture models. We created the design pattern “to monitor and alert” applied to the function “to avoid” of the resilience. Its goal is to give to the operators the capacity to understand the dynamics of the system, to control at sight vis-a-vis unforeseeable situations, in order to avoid an accident. The proposal contents the processes to be implemented to contribute to the resilience of long lifecycle critical systems. The application to the railway domain is based on the analysis of three accident technical reports. It is declined, on the processes to be implemented to contribute to the resilience of a system, on the design pattern “to monitor and alert” for the architecture of a resilient system and to propose improvements of the user interface. Research forecasts supplement the report.Pour répondre aux enjeux de la longue vie opérationnelle des systèmes et de l’incertitude de l’environnement, la résilience complète la sûreté de fonctionnement pour prendre en compte les situations imprévisibles, sans précédent : l’objectif est de comprendre la situation pour éviter un accident. La qualité de l’interaction homme-machine est essentielle pour atteindre cet objectif. L’état de l’art présente la résilience des systèmes sociotechniques comme complémentaire à la sécurité. Mettre en œuvre la résilience affecte tant l’architecture système que les processus d’ingénierie système. Enfin, elle affecte aussi l’interaction homme-machine, tant son processus de conception centrée utilisateur, ses modèles utilisateur (persona), que ses modèles d’architecture. Nous avons créé le patron de conception « surveiller et alerter » appliqué à la fonction « éviter » de la résilience, pour donner aux opérateurs la capacité de comprendre la dynamique du système, le conduire à vue face à des situations imprévisibles, sans précédent afin d’éviter la survenue d’un accident. La proposition comprend aussi des processus à mettre en œuvre pour contribuer à la résilience d’un système critique à longue durée de vie. L’application au domaine ferroviaire s’appuie sur l’analyse de rapports d’enquête technique d’accidents. Elle se décline sur le patron de conception « surveiller et alerter » et sur le persona, in fine pour proposer des améliorations des interfaces utilisateur. Des perspectives de recherche complètent le mémoire

Conception d'interfaces humains-machines pour la conduite de systèmes complexes

État de l'art -- Méthodes de conception -- La méthode traditionnelle -- La méthode EID -- La méthode IMAC -- La méthode Woods et Roth -- Le système Predex -- Le système Formentor -- La proposition méthodologique de Neboit, Guillermain, Fadier -- Les résultats de Siebert, Sicard et Thebault -- L'opérateur, sa Tâche et le processus -- Modèles de performances de l'opérateur -- Définition des tâches génériques de conduite -- Intégration des connaissances avec les tâches génériques -- Architecture générique d'IHM -- Mise en oeubre de Tagci -- Collecte des informations -- Validation de la méthode TAGCI-Situations normales Validation de la méthode TAGCI -Situations anormales -- Validation expérimentale de Tagci pour les situation incidentelles -- Validation de Tagci dans une application nucléaire -- Contributions à l'avancement de la connaissance -- Pistes de recherche à explorer

Approche écologique dans la conception d’outils cognitifs dans le domaine administratif : application à l’artisanat du bâtiment

This work adopts the cognitive engineering framework for the design and evaluation of cognitive tools interfaces in the administrative handicraft field. This framework relies on an ecological approach of work systems. The objectives of this work were twofold. First, it consisted in showing the heuristic value of the ecological approach. Second, we aimed at proposing a user interface for a mobile digital cognitive tool assisting administrative tasks. More precisely, we proposed to consolidate the work domain analysis framework by considering some of the more complex characteristics to model, that is to say recursion and the ethical dimension. Afterwards, we tested a recent method named “Turing Machine Task Analysis” to validate and verify the work domain model. We also proposed a new verification and validation method for work domain model, named “viewpoints method”. Based on a modeling of the administrative handicraft domain, we tested several user interface mockups for a cognitive tool. This experiment permitted us to measure the degree of application of the Ecological Interface Design principles. Finally, we proposed and tested a final mockup for craftsmen.Ce travail adopte le cadre de l’ingénierie cognitive en vue de la conception et de l’évaluation d’outils cognitifs dans le domaine de l’administration d’entreprises artisanales. Ce cadre relève d’une approche dite écologique des systèmes de travail. L’objectif général de ce travail est double. D’une part, il s’agit de montrer la pertinence de cette approche écologique eu égard au domaine étudié et d’autre part, de proposer une interface utilisateur pour un système d’aide à la gestion administrative sur support numérique mobile. Plus précisément, nous proposons une modélisation du domaine de travail en considérant certaines de ses caractéristiques les plus complexes à modéliser : la récursivité et la dimension éthique. Ensuite, nous testons une méthode récente pour valider et vérifier cette modélisation (Task Machine Turing Analysis, TMTA). Nous proposons également une nouvelle méthode de validation et vérification d’un domaine de travail, dite méthode des « points de vue ». À partir d’un modèle du domaine de travail de la gestion administrative dans les entreprises artisanales, nous expérimentons plusieurs maquettes d’interfaces pour un système d’aide. Cette expérimentation nous permet de mesurer le degré d’application des principes dirigeant la conception d’interface écologique. Enfin, nous proposons et testons une maquette finale de systèmes à destination des artisans

Introduction de critères ergonomiques dans un système de génération automatique d’interfaces de supervision

The ecological interface design is composed of two steps, a work domain analysis and a transcription of the information of the work domain into ecological representation (Naikar, 2010). This kind of design showed his effectiveness for the supervision of complex system (Burns, 2008). Nevertheless, Vicente (2002) highlighted two issues, the long design time and the difficulties to translate with a formal way a work domain into ecological representation. Moreover, he doesn’t exist a formal tool of validation for a work domain. Several tools and works allow to be comfortable in the possibility to find some solution (Functional methodology (Liu et al, 2002), TMTA (Morineau, 2010) and Anaxagore (Bignon, 2012). We propose several answers at the issue: how formalize the design of an ecological interface in order to reduce the time and effort linked to the design? The first proposition is a tool of verification of model of work domain based on a simulation by TMTA. The second bring thanks to a second version of the Anaxagore flow, an integration of the works of Liu et al (2002) with the principle of the ecological library of ecological widget linked to a scheme of input of high level. Based on the work domain of a fresh water system in a ship, an ecological interface has been implemented and validated experimentally. This interface has been compared with a conventional interface also generated by Anaxagore. The results show that the ecological interface promotes a biggest numbers of coherent ways in the work domain. This kind of interface also promotes a better accuracy of the diagnostic for the operators using the ecological interface.La conception d’interface écologique se décompose en deux étapes, une analyse du domaine de travail et une retranscription des informations du domaine en des représentations écologiques (Naikar, 2010). Ce type de conception a montré son efficacité pour la supervision de système complexe (Burns, 2008). Cependant, Vicente (2002) a pointé deux lacunes le temps de conceptions très long et la difficulté à transcrire de manière formalisée un domaine de travail en des représentations écologiques. De même, il n’existe pas d’outil formel de validation de domaine de travail. Dans ce manuscrit, nous proposons plusieurs réponses à la question : comment formaliser la conception d’une interface écologique, afin de réduire le temps et les efforts liés à la conception ? La première proposition est un outil de vérification de modèle de domaine de travail basé sur la méthode TMTA (Morineau, 2010). La seconde apporte, au travers d’une deuxième version du flot Anaxagore (Bignon, 2012), une intégration des travaux de Liu et al (2002) avec le principe d’une bibliothèque de widgets écologiques associée à un schéma d’entrées de haut niveau. Sur la base du domaine de travail d’un système d’eau douce sanitaire à bord d’un navire, une interface écologique a été implémentée et validée expérimentalement. Cette interface a été comparée à une interface conventionnelle générée également par le flot Anaxagore. Les résultats montrent que les interfaces écologiques favorisent un plus grand nombre de parcours cohérents dans un domaine de travail. Elles favorisent également une meilleure précision du diagnostic pour les opérateurs utilisant les interfaces écologiques

Introduction de critères ergonomiques dans un système de génération automatique d'interface de supervision

The ecological interface design is divided into two stages, an analysis of the domainwork and a transcript of the working area of ​​information ecological representations(Naikar, 2010). This design has proven effective in overseeing complex system (Burns,2008). However, Vicente (2002) pointed to two key gaps, long design time anddifficulty to transcribe formalized way of a working area in a set of representationsecological. Similarly, there is no formal validation tool working area. The literatureoffers no concrete solutions nevertheless tracks as the translation methodology of a fieldworking in graphic representations proposed by Liu et al (2002), the TMTA tool on a simulatedtask in a work area (Morineau, 2010), and the stream of semi-automated design Anaxagoras(Bignon, 2012), allow you to be confident about the ability to find solutions.In this manuscript, we propose several answers to the question: how to formalizedesign of an ecological interface, reducing the time and effort associated with the design? The firstproposal is a domain model verification tool working on the basis of a simulation TMTA.The second brings, through a second version of the flood Anaxagoras, integrating Liu workset al (2002) with the principle of ecological widget library associated with a high input schemalevel. Based on the work area of ​​a sanitary fresh water system on board a ship, an interfaceEco has been implemented and validated experimentally. This interface was compared with aConventional interface also generated by the flow Anaxagoras. The results show that the interfacesEcological promote a more consistent course in a field of work. Theyalso promote better diagnostic accuracy for operators using interfacesecological.La conception d’interface écologique se décompose en deux étapes, une analyse du domaine detravail et une retranscription des informations du domaine de travail en des représentations écologiques(Naikar, 2010). Ce type de conception a montré son efficacité pour la supervision de système complexe (Burns,2008). Cependant, Vicente (2002) a pointé deux lacunes principales, le temps de conception très long et ladifficulté à transcrire de manière formalisée un domaine de travail en un ensemble de représentationsécologiques. De même, il n’existe pas d’outil formel de validation de domaine de travail. La littérature nepropose pas de solutions concrètes néanmoins des pistes comme la méthodologie de traduction d’un domainede travail en représentations graphiques proposée par Liu et al (2002), l’outil TMTA sur la simulation d’unetâche dans un domaine de travail (Morineau, 2010), et le flot de conception semi-automatisé Anaxagore(Bignon, 2012), permettent d’être confiant sur la possibilité de trouver des solutions.Dans ce manuscrit, nous proposons plusieurs réponses à la question : comment formaliser laconception d’une interface écologique, afin de réduire le temps et les efforts liés à la conception ? La premièreproposition est un outil de vérification de modèle de domaine de travail sur la base d’une simulation par TMTA.La seconde apporte, au travers d’une deuxième version du flot Anaxagore, une intégration des travaux de Liuet al (2002) avec le principe d’une bibliothèque de widgets écologiques associée à un schéma d’entrées de hautniveau. Sur la base du domaine de travail d’un système d’eau douce sanitaire à bord d’un navire, une interfaceécologique a été implémentée et validée expérimentalement. Cette interface a été comparée avec uneinterface conventionnelle générée également par le flot Anaxagore. Les résultats montrent que les interfacesécologiques favorisent un plus grand nombre de parcours cohérents dans un domaine de travail. Ellesfavorisent également une meilleure précision du diagnostic pour les opérateurs utilisant les interfacesécologiques

Premiers retours d'expérience sur l'utilisabilité et les usages de systèmes interactifs plastiques

International audienceThe Plasticity property has been introduced in 1999 in France to cope with the new variability of the context of use in ambient intelligence. A User Interface (UI) is said to be plastic if it is able to adapt to its context of use while preserving human-centered properties. Ten years later, theoretical as well as practical advances have been made. However, several questions related to usability and acceptability of plastic UIs need to be answered through evaluation with users. This paper presents a state of the art in plasticity and evaluation (methods and concerns). It describes three demonstrators and presents first results from evaluations led in laboratory and in the wild.La propriété de plasticité a été introduite en 1999 en France en réponse à une variabilité nouvelle du contexte d'usage en intelligence ambiante. Une Interface Homme-Machine (IHM) est dite plastique lorsqu'elle est douée d'adaptation à son contexte d'usage dans le respect de propriétés centrées utilisateur. Dix ans plus tard, les avancées sont certaines. On recense de nombreux résultats aussi bien théoriques que pratiques. Cependant, l'utilisabilité et l'acceptabilité des IHM plastiques soulèvent de nombreuses questions qui nécessitent la mise en œuvre d'évaluations auprès d'utilisateurs. Cet article présente l'état de l'art en plasticité et en évaluation (méthodes et difficultés). Il décrit trois démonstrateurs et présente les premiers retours d'évaluations menées en laboratoire et sur le terrain

Techniques d'interaction 'phygitales' pour l'exploration de systèmes informationnels complexes

Durant cette dernière décennie, la quantité de données numériques n'a cessé d'augmenter. Ces données provenant de l'Internet des Objets ou de smartphones permettent aux utilisateurs de comprendre et d'analyser leur santé, leur mode de vie ou encore leur consommation énergétique, et aux différentes institutions (villes, campus, promoteurs immobiliers) de gérer le flux de population, le trafic routier ou les pertes énergétiques dans les bâtiments administrés. Le domaine de la "ville intelligente" en tire particulièrement profit. Il est donc capital de mettre à disposition des visualisations interactives de ces données pour pouvoir faire émerger des connaissances et faciliter la prise de décision. Une approche récente propose de représenter ces données proches de l'objet qui les capte ou les produit. Cependant, ce domaine est encore assez récent et il reste de nombreux défis à explorer. Un des défis majeurs identifié par Thomas et collab. (Thomas et al., 2018) est le développement et la conception de techniques d'interaction pour faciliter l'analyse de données situées. L'objectif de nos travaux de thèse est de concevoir et d'évaluer des solutions interactives tirant profit du référent physique pour interagir avec des données numériques situées en se focalisant sur une tâche interactive fondamentale en IHM : la sélection. Dans ce manuscrit nous abordons cette tâche selon une approche fonctionnelle et une approche conceptuelle.Over the past decade, the amount of digital data has been increasing. This data from the Internet of Things or smartphones allows users to understand and analyse their health, lifestyle or energy consumption, and different institutions (cities, campuses, real estate developers) to manage the flow of people, road traffic or energy losses in the buildings they manage. One particular topic that benefits from this is the "smart city". It is therefore essential to make interactive visualisations of this data available in order to generate knowledge and facilitate decision-making. A recent approach proposes to represent these data close to the object that captures or produces them. However, this field is still quite new and there are still many challenges to explore. One of the major challenges identified by Thomas et al. (Thomas et al., 2018) is the development and design of interaction techniques to facilitate the analysis of situated data. The objective of our thesis work is to design and evaluate interactive solutions leveraging the physical referent to interact with situated digital data by focusing on a fundamental interactive task in HCI: selection. In this manuscript we study this task from both a practical and a conceptual approach

Visualisation interactive de données volumiques texturées pour la détection supervisée de failles en imagerie sismique

L'interprétation des images sismiques tridimensionnelles est une étape clé de léxploration pétrolière. Les enjeux de cette activité sont de produire un modèle des différentes structures, telles que les failles, incluses au sein des données sismiques. Les objectifs multiples de cette thèse, menée en partenariat avec le groupe TOTAL, sont de concevoir, d'implémenter et de valider des techniques innovantes de visualisation et d'interaction aidant à la détection et à la modélisation des failles, supervisée par un interprétateur. Bien que spécifiquement développés à destination d'un contexte opérationnel particulier, les outils proposés s'appliquent plus généralement à lénsemble des données volumiques texturées ainsi qu'à la segmentation manuelle de structures tridimensionnelles. Ils s'inscrivent dans un cadre théorique et méthodologique nécessairement pluridisciplinaire qui concerne des domaines aussi divers que la psychologie expérimentale, l'ingénierie cognitive, la réalité virtuelle ou encore l'interaction homme-machine.The interpretation of seismic 3D imagery is a step key leading to hydrocarbon exploitation. The challenge of this activity is to produce a model of several geological structures, like faults, embedded in seismic dataset. The aim of this thesis, carried out with TOTAL company, is to elaborate, design and evaluate new techniques of visualization and interaction for fault detection and modelization supervised by a human expert. Even if specially designed for an operational context, our tools are also dedicated to other volumetric data and manual segmentation of 3D structures. The theorical foundation of our works are based on a pluridisciplinary approach and concerns several scientific fields like experimental psychology, cognitive engineering, virtual reality or human computer interaction