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    Une approche à base de modèles synergiques pour la prise en compte simultanée de l'utilisabilité, la fiabilité et l'opérabilité des systèmes interactifs critiques

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    Dans le cadre de la conception et du développement de systèmes interactifs critiques, lorsque le coût d'une erreur potentielle d'utilisation ou d'un dysfonctionnement du système peut dépasser le coût de développement de ce système ou se chiffrer en pertes humaines, les techniques, méthodes et processus actuellement proposés dans le domaine de l'IHM sont difficilement exploitables. D'une part, ils ne permettent pas de garantir simultanément les propriétés d'utilisabilité et de sûreté du système développé. D'autre part, la formation et la qualification des utilisateurs du système avant sa mise en opération n'est pas envisagée. Enfin, ces techniques, méthodes et processus ne fournissent pas les moyens de traçabilité exigés pour le développement de systèmes critiques. L'argumentaire de cette thèse s'appuie sur les avantages et limitations des approches existantes en termes de processus et notations de modélisation. Nous proposons une approche et montrons sa réalisation à travers un processus de développement d'un système interactif critique et de son programme de formation associé. Ce processus fournit un cadre conceptuel, une association d'étapes, des notations, et un environnement logiciel pour : le développement d'un système utilisable et sûr, le développement du programme de formation associé ainsi que la traçabilité des exigences et des choix de conception tout au long des différentes étapes. Il utilise certains principes de la conception centrée utilisateur et exploite de manière synergique les modèles des tâches, les modèles formels du comportement du système et le modèle de développement du programme de formation.In the field of interactive critical systems, the cost of a usage error or of a system failure can overcome the cost of the development of the system itself, and can result in loss of life, injury or damage to the system and its environment. Then, currently available Human Computer Interaction techniques, methods and processes are not sufficient, as they are not handling all of the design and development issues that are associated to interactive critical systems. First of all, these techniques, methods and processes do not enable to guarantee that the system will fulfil both usability and reliability properties. Then, they do not consider training and qualification of the users of the system. At last, they do not provide means for traceability of the needs and requirements through the whole development process. We propose an approach to develop interactive critical systems that are usable, reliable and operable and we describe the associated conceptual framework of our approach. We propose an implementation of this approach with a development process, notations and a software environment. The development process integrates phases for the development of the associated training program, and it provides support for the traceability of requirements and design choices during the whole phases of the process. This approach takes advantages from the User Centered Design paradigm and uses, in a synergistic way, task models, system's behaviour formal models and training program development model

    Adaptation des composants centrée sur l'utilisation

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    Avec la notion de composant logiciel, la démarche de conception d'applications informatiques a vu apparaître une alternative intéressante à l'approche classique, où le développement est mené selon une approche centralisée. L'idée est en effet de permettre la construction d'applications adaptées aux besoins spécifiques de chaque utilisateur par assemblage de composants préexistants. Néanmoins, le choix de composants prédéfinis, sur étagère, pose le problème de leur adéquation à une utilisation spécifique. Dans ce contexte, la possibilité d'adapter les composants semble cruciale, si l'on souhaite rendre réellement effective l'approche de développement par assemblage de composants. Cette thèse introduit une nouvelle approche de l'adaptation de composants logiciels qui consiste à adapter le composant à ses contextes d'utilisation en se basant sur le point de vue de l'utilisateur. Nous décrivons le profil d'utilisation sous la forme d'un ensemble de triplets dont chacun spécifie les propriétés souhaitées, les réactions correspondantes à traiter dans le cas où une condition n'est pas vérifiée et les échéanciers d'évaluation des propriétés. Nous proposons aussi un service de supervision de composant (SSC) qui repose sur la surveillance de l'état des composants pour obtenir des clichés qui reflètent l'état actuel du composant et les changements récents. Nous définissons également le service de sûreté de service (SSS) qui intercepte les requêtes clientes et qui les délègue vers le composant le plus convenable, tout en gérant l'exécution du composant en fonction du profil d'usage. ABSTRACT : The concept of software component, provides an interesting alternative to the traditional way of designing data-processing applications, where the development is undertaken according to a centralized approach. The idea is indeed to allow the construction of applications adapted to the specific needs for each user by assembling preexistent components. Nevertheless, the choice of off-the-shelf components, raises the problem of their adequacy to a specific use. In this context, the ability to adapt components appears to be crucial, if one wishes to make really effective the approach of development by assembling components. This thesis introduces a new approach of the adaptation of software components which consists in adapting the component to its contexts of use centered on the point of view of the user. We describe a user profile as a set of triples, where each triple specifies the desired properties, the reactions to be run if a condition is not checked and the schedule of evaluation of properties. We propose also a service of supervision of component (SSC) which is based on the monitoring of the state of the components to obtain snapshots which reflect the current state of the component and the recent changes. We also define the service of safety of service (SSS) which intercepts the user requests and delegates them towards the most suitable component, while managing the execution of the component according to the profile of use

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

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    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

    Approches outillées pour le développement de systèmes interactifs intégrant les aspects sûreté de fonctionnement et utilisabilité

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    Since the Airbus A380 and with the introduction of ARINC 661 standard, the glass cockpits are being replaced by interactive cockpits, by allowing the crew to control aircraft systems through display unit by using keyboard and cursor control unit (KCCU). Currently only secondary aircraft systems which are non-critical are managed using such interactive cockpits. To be able to generalize such features to critical aircraft system, the main question remains to understand how to match dependability requirements for such systems while preserving usability properties. To reach the goal of using such interactive techniques within safety critical aircraft systems, our research work has followed three main directions. The first approach is to tend to zero default design, by realizing the precise and unambiguous description of software components of interactive system, using formal description technique. The second approach consists in the use of fault tolerant mechanisms, to treat design residual fault, physical fault or environmental fault. These fault tolerant mechanisms enable the continuity of service despite the occurrence of fault. The third approach is the clarification of the impact of different fault tolerant mechanisms on the usability of the interactive system. This clarification is done by using and analyzing task models, describing the user activity of the systemDepuis l'A380 et avec l'introduction du standard ARINC 661, les systèmes d'affichage et de contrôle des cockpits sont passés d'un rôle de simple afficheur, à celui d'un système interactif permettant à l'équipage d'interagir sur les écrans grâce à l'utilisation d'un ensemble clavier/dispositif de pointage appelé KCCU. L'utilisation de cette nouvelle capacité d'interaction est à ce jour limitée à des interactions avec des systèmes avions non critiques. Pour envisager son extension à des systèmes critiques il faut se poser la question du respect d'exigences de sureté de fonctionnement imposées à de tels systèmes sans pour autant diminuer son niveau d'utilisabilité. Dans cette optique, nous proposons dans le cadre de nos travaux de recherche, différentes approches pour contribuer au développement d'un tel système interactif critique. La première approche est de tendre vers une conception zéro défaut, en réalisant une description précise et non ambigüe des composants logiciels du système interactif en utilisant une technique de description formelle. La seconde approche est l'utilisation de techniques de tolérance aux fautes car il existe toujours des fautes résiduelles de conception, des fautes matérielles ou venant de l'environnement. Dans ce cas, l'utilisation de technique de tolérance aux fautes permet au système de continuer à remplir ses fonctions en dépit de l'occurrence de fautes. La troisième approche est l'explicitation de l'impact des différentes approches de tolérance aux fautes sur l'utilisabilité du système interactif. Cette explicitation est faite au travers de la réalisation et de l'analyse des modèles de tâche, décrivant l'activité de l'utilisateur du système

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

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    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

    Approches outillées pour le développement des systèmes interactifs intégrant les aspects sûreté de fonctionnement et utilisabilité

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    Depuis l'A380 et avec l'introduction du standard ARINC 661, les systèmes d'affichage et de contrôle des cockpits sont passés d'un rôle de simple afficheur, à celui d'un système interactif permettant à l'équipage d'interagir sur les écrans grâce à l'utilisation d'un ensemble clavier/dispositif de pointage appelé KCCU. L'utilisation de cette nouvelle capacité d'interaction est à ce jour limitée à des interactions avec des systèmes avions non critiques. Pour envisager son extension à des systèmes critiques il faut se poser la question du respect d'exigences de sureté de fonctionnement imposées à de tels systèmes sans pour autant diminuer son niveau d'utilisabilité. Dans cette optique, nous proposons dans le cadre de nos travaux de recherche, différentes approches pour contribuer au développement d'un tel système interactif critique. La première approche est de tendre vers une conception zéro défaut, en réalisant une description précise et non ambigüe des composants logiciels du système interactif en utilisant une technique de description formelle. La seconde approche est l'utilisation de techniques de tolérance aux fautes car il existe toujours des fautes résiduelles de conception, des fautes matérielles ou venant de l'environnement. Dans ce cas, l'utilisation de technique de tolérance aux fautes permet au système de continuer à remplir ses fonctions en dépit de l'occurrence de fautes. La troisième approche est l'explicitation de l'impact des différentes approches de tolérance aux fautes sur l'utilisabilité du système interactif. Cette explicitation est faite au travers de la réalisation et de l'analyse des modèles de tâche, décrivant l'activité de l'utilisateur du système.Since the Airbus A380 and with the introduction of ARINC 661 standard, the glass cockpits are being replaced by interactive cockpits, by allowing the crew to control aircraft systems through display unit by using keyboard and cursor control unit (KCCU). Currently only secondary aircraft systems which are non-critical are managed using such interactive cockpits. To be able to generalize such features to critical aircraft system, the main question remains to understand how to match dependability requirements for such systems while preserving usability properties. To reach the goal of using such interactive techniques within safety critical aircraft systems, our research work has followed three main directions. The first approach is to tend to zero default design, by realizing the precise and unambiguous description of software components of interactive system, using formal description technique. The second approach consists in the use of fault tolerant mechanisms, to treat design residual fault, physical fault or environmental fault. These fault tolerant mechanisms enable the continuity of service despite the occurrence of fault. The third approach is the clarification of the impact of different fault tolerant mechanisms on the usability of the interactive system. This clarification is done by using and analyzing task models, describing the user activity of the system

    Spécification et conception d’un environnement d’aide à l’inspection des Systèmes Interactifs, basé sur la méthode Cognitive Walkthrough

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    This thesis is focused on the evaluation of interactive systems. It aims to contribute to the extension and equipment of the Cognitive Walkthrough method. This method is the subject of many studies and experiments worldwide. It has also undergone several modifications and extensions. Despite the interest in the method, its use poses many methodological and applicative problems. Firstly, this thesis describes the key elements related to human factors consideration in interactive system design and evaluation. Then, it proposes a state of the art on the evaluation of interactive systems based on the Cognitive Walkthrough method. Then the specification of an environment to support the inspection of interactive systems based on Cognitive Walkthrough is described. A mockup of an environment called CWE ("Cognitive Walkthrough Environment") is proposed; a first evaluation is exposed. A conclusion and perspectives end the thesis.Cette thèse s’intéresse à l’évaluation des systèmes interactifs. Elle vise à contribuer à l’extension et à l’outillage de la méthode Cognitive Walkthrough. Cette méthode a fait l’objet de nombreuses études et expérimentations au niveau international. Elle a aussi conduit à plusieurs modifications et extensions. Malgré l’intérêt que suscite la méthode, son utilisation pose de nombreux problèmes aussi bien méthodologiques qu’applicatifs. Dans un premier temps, cette thèse décrit les éléments clés liées à la prise en compte des facteurs humains dans la conception et l’évaluation des systèmes interactifs. Puis, elle propose un état de l’art sur l’évaluation des systèmes interactifs basée sur la méthode Cognitive Walkthrough. Ensuite la spécification d’un environnement d’aide à l’inspection des systèmes interactifs basé sur la méthode Cognitive Walkthrough est décrite. Une maquette de l’environnement dénommé CWE (« Cognitive Walkthrough Environment ») est proposée ; elle a fait l’objet d’une première évaluation. Une conclusion et des perspectives terminent le mémoire
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