Improving operational diagnosis with an interdisciplinary modelling approach.
Améliorer le diagnostic en opération par une approche de modélisation interdisciplinaire
Résumé
Operating complex systems –such as satellites and their ground stations, is highly challenging, due to the considerable size and underlying complexity (structural and behavioural) of the surveilled system. Diagnosing faults while operating these systems is a particularly demanding effort, especially since the lack of appropriate models and tools to help the operators in their troubleshooting tasks. This has a negative impact on both the reliability and maintainability of the system, as the latter can be unavailable for long periods. That is if the symptoms cannot be diagnosed within the limited time frame we have available to exchange with the orbiting satellite at each recurring communication window.This thesis addresses the problem from an interdisciplinary approach, by combining the fields of Model-Based Systems Engineering (MBSE), Model-Based Safety Assessment (MBSA), and Model-Based Diagnosis (MBD). From an extensive literature review of the state of the art and Return of Experience (REX) from the local aerospace industry, we demonstrated the inappropriateness of the currently available solutions, which motivated the need for the creation of a new type of model, dedicated to operational diagnosis.Our contribution consists in providing a methodology for the creation of this model, namely Operations-Dedicated Model (ODM). The adopted approach consists in building an ODM by drawing input data from MBSE and MBSA models, as well as Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS) analyses information. We also extend existing standard Behaviour Tree (BT) nodes to achieve fault detection and diagnosis expressiveness by the BT language semantics, used for the ODM building.We demonstrate the feasibility of this approach in a realistic industrial setting. Ultimately, we evaluate the proposed methodology by applying it on various case studies. We finally validate the proposed method with feedback from operators and operations’ experts from Airbus Defence & Space (ADS) and the French National Centre for Space Studies (CNES).
Opérer des systèmes complexes, tels que les satellites et leurs stations sol, est très difficile, en raison de sa taille considérable et de sa complexité intrinsèque (structurelle et comportementale). Le diagnostic des défaillances pendant la surveillance de ces systèmes est un effort particulièrement exigeant, d'autant plus qu'il n'existe pas de modèles et d'outils appropriés pour aider les opérateurs dans leurs tâches de dépannage. Cela a un impact négatif à la fois sur la fiabilité et la maintenabilité du système, car le système peut être indisponible pendant de longues périodes. C'est-à-dire, si les symptômes ne peuvent pas être diagnostiqués dans le temps limité disponible pour échanger avec le satellite en orbite à chaque fenêtre de communication disponible.Cette thèse aborde le problème à partir d'une approche interdisciplinaire, combinant les domaines de l'ingénierie système à base de modèles (MBSE), de la sûreté de fonctionnement à base de modèles (MBSA) et du diagnostic à base de modèles (MBD). Sur la base d'une revue bibliographique approfondie de l'état de l'art et du retour d'expérience de l'industrie aérospatiale locale, nous avons démontré l'inadéquation des solutions actuellement disponibles, ce qui a motivé le besoin de créer un nouveau type de modèle, dédié au diagnostic opérationnel.Notre contribution consiste à fournir une méthodologie pour la création de ce modèle -appelé Operations-Dedicated Model (ODM). L'approche adoptée consiste à construire un ODM en tirant des données d'entrée des modèles MBSE et MBSA, ainsi que des informations provenant des analyses de fiabilité, disponibilité, maintenabilité et sécurité (RAMS). Nous étendons également les nœuds standard existants des arbres de comportement (BTs) afin de réaliser la détection de fautes et l'expressivité du diagnostic par la sémantique du langage des BTs, utilisé pour la construction de l'ODM.Nous démontrons la faisabilité de cette approche dans un contexte industriel réaliste. Ensuite, nous évaluons la méthode proposée en l'appliquant à différents cas d'étude. En dernier lieu, nous validons la méthode proposée avec le retour d'expérience d'opérateurs et d'experts en opérations d'Airbus Defence & Space (ADS) et du Centre National d'Etudes Spatiales (CNES).
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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