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1 Informatique Industrielle Formation CESI Ingénieur Génie Électrique Patrick M

1 Informatique Industrielle Formation CESI Ingénieur Génie Électrique Patrick MONASSIER Année 2009 2 OBJECTIFS : • Savoir appréhender la problématique spécifique des systèmes dits « réactifs » par rapport aux systèmes classiques « interactifs, transactionnels » • Connaître tous les services nécessaires à un système informatique connecté à un processus industriel CONTENU : • Rappel sur les architectures matérielles simples : répartition des actions logicielles à effectuer sur le ou les processeurs • Les architectures tolérant les fautes : redondance des actions logicielles ou du matériel • Le principe de la programmation synchrone et asynchrone • L’ordonnancement et les concepts de priorités des actions logicielles • Les interruptions matérielles , les évènements et le temps DUREE : 7 heures FORME : Cours magistral illustré par des exemples de problématiques industrielles Module Informatique Industrielle 3 La façon dont va se dérouler le cours C’est un cours magistral illustré par des exemples de problématiques industrielles exprimées à l’aide de plusieurs mises en applications vécues. Ces exemples permettent d’introduire des parties de cours théoriques sur la programmation des systèmes informatique industriels et de présenter des applications ayant trouvé des prolongements pratiques dans des domaines variés. 1. Introduction sur l’informatique industrielle 2. Application de sécurité d’anticollision sur grues 3. Supervisions et IHM en lien avec des robots industriels 4. Systèmes embarqués pour le transport routier (GPS, WIFI, GPRS) Ces exemples sont issus de cas réels développés et mis en œuvre par l’intervenant 4 Présentation de l’intervenant Activités professionnelles : Directeur Recherche Développement 2007 - actuel • Systèmes embarqués pour véhicules, poids lourds et bus Direction Informatique Industrielle 2001-2007 • Ingénierie robotique, Informatique de production, vision Ingénieur d’affaires 1998-2001 • Applications informatiques pour les hôpitaux et l’industrie pharmaceutique Directeur technique 1992-1998 • Systèmes de sécurité informatiques embarqués : grues, grues mobiles Support commercial Avant-vente 1989-1992 • Systèmes et réseaux sur sites industriels et en embarqué Ingénieur projets industriels 1986-1989 • Création de systèmes temps réel et réseaux Ingénieur d’études1981-1986 • Développement de robots pour la maintenance nucléaire, en milieux irradiés Patrick Monassier (CPE Lyon) - patrick.monassier@free.fr Télécharger les cours sur: http://patrick.monassier.free.fr Associations : • Vice-président de l’Association des Ingénieurs CPE Lyon • Administrateur à l’URIS Rhône-Alpes (Union Régionale des Ingénieurs et Scientifiques – CNISF Conseil National des Ingénieurs et Scientifiques de France) • Gérant de la Maison des Ingénieurs de Lyon Cours : Université Lyon 1 CPE Lyon CNAM INSAT de TUNIS CESI 5 Introduction aux systèmes Informatiques Industriels Partie 1 - Introduction 6 Les applications Il y a une explosion du nombre des applications : Il y en a partout ! On met de plus en plus de microprocesseurs et de microcontrôleurs dans toutes sortes de machines et d’appareils, pour l’industrie, pour des besoins en communication, des applications grand public...etc. Cette explosion est principalement due à l’augmentation de la puissance des microprocesseurs et de leurs circuits périphériques, la diminution du coût des composants, l’internationalisation des besoins. Les applications sont de plus en plus variées…… Des applications de plus en plus «étranges» et de plus en plus cachées • Transport : avions, bateaux, trains, transport routier, automobiles, motos, fauteuils pour handicapés, ascenseurs… • Médical : Imagerie médicale, robots d’analyse, opérations assistées, scanners… • Nucléaire : contrôle des centrales, sécurité • Multimédia : musique, films, connaissance, documentations • Portage : grues, grues mobiles, transpalettes • Usines : production automatisée, production robotisée • Traçabilité : géolocalisation, suivi de production … etc. Des applications de plus en plus puissantes et de plus en plus communicantes 7 L’évolution du matériel (hard) Quelques dates, quelques références… - 1970 Les ordinateurs tiennent dans de grandes salles climatisées 1 à 6 M€ - 1980 L’apparition des mini-ordinateurs 15 k€ - 1983 L’apparition des premiers microprocesseurs industriels - 1985 L’apparition du PC, 15 k€, 100.000 Transistors, 10MHz - 2000 PC multimédia 10.000.000 transistors 1GHz 1,5 k€ - 2010 PC mobiles 250 € On avait des puces, il faut maintenant s’attendre à l’arrivée des pucerons Des millions de petites puces partout qui changeront le monde Rappel de la loi de Moore - Un des fondateurs d’Intel La puissance des microprocesseur double tous les 18 mois Cela reste vrai, on a pas encore trouvé les limites… Mais qu’en est-il du logiciel qui va animer ce matériel ? 8 Ma définition du logiciel C’est un très très très long texte écrit dans un langage plutôt ennuyeux dans lequel chaque détail compte « Quand nous avons commencé à programmer nos ordinateurs, nous avons trouvé à notre grande surprise qu’il était beaucoup plus difficile d’avoir des programmes qui marchent que ce que nous avions pensé . Il fallait que nous inventions le debugging. Je peux me souvenir du moment exact où je me suis aperçu qu’une grande partie de ma vie allait être consacrée à trouver des erreurs dans mes propres programmes » Vous feriez vous opérer en toute confiance par un robot chirurgien ? Le hard exécute stupidement, parfaitement et très rapidement toute une succession d’opérations primaires dictées par le logiciel. Imaginez vous faire marcher une entreprise de 10 000 employés parfaitement stupides, et parfaitement obéissant. Sans une seule délégation de pouvoir et sans un brin de réflexion aux différents niveaux d’exécution…. ? Est-ce qui arrive avec le logiciel ? Sur le logiciel : Quelques thèmes de réflexion … 9 Un logiciel a besoins de logiciels pour être créé, émulé et pour fonctionner Le logiciel : un objet intellectuel très lourd Le code source Drivers Bibliothèques Langage Compilateur Outil de développement Cible firmware Système d’exploitation Des milliers de lignes de code Code source Gestion des versions L’exécutable 1 mètre d’épaisseur de listing 1 mètre d’épaisseur de listing 10.000 € 15.000 € Entre 1 mètre de listing à 10.000€ et 1 mètre de listing à 15.000 €…. lequel choisissez vous ? Une question… au hasard… 10 Vision industrielle : • Une conduite de projet rigoureuse • Outillages techniques impeccables (simulation, visualisation…) • Juste évaluation des coûts • Programmation défensive Approche Scientifique : • Mieux comprendre l’objet logiciel • Faire des outils à valeur ajoutée • S’appuyer sur des modèles mathématiques appropriés Dans l’idéal : Expliquer formellement pourquoi le logiciel marche ! Prendre le logiciel au sérieux • Difficile à réaliser dans des contextes industriels concurrentiels • Primordial dans des applications critiques L’Airbus A380 a entièrement conçu, réalisé, simulé à l’aide d’ordinateurs et de logiciels spécifiques Il ne serait venu à l’idée de personne qu’à son premier vol, il ne décolle pas ! Réaction d’un des ingénieurs après le premier vol : « L’avion s’est comporté presque aussi bien que ce que nous avions prévu » 11 On peut considérer globalement que la fiabilité des microprocesseur et des circuits électroniques en temps que tels est devenue excellente. Il n’empêche ! Nous devons prendre des précautions !!! • Dans les phases de conception et de choix technologiques • Dans le choix des approvisionnements et des solutions • Dans la prise en compte des environnements de fonctionnement • Dans l’évaluation de la fatigue et du vieillissement des composantes du système • Dans tous les échanges entre les capteurs, les actionneurs et le système …….etc…etc…etc… Certains domaines d’applications exigent le respects de normes et de règles : ferroviaire, avionique, nucléaire, automobile … Ce n’est pas le cas de toutes les applications industrielles … Agressions sur le hard : Températures haute et basses, vibrations, chocs, salinité, perturbations électromagnétiques, connectique, humaines, composants Et le hard dans tout ça ? Logiciel Matériel hard Capteurs Actionneurs Communication Système Environnement d’application 12 Communiquer en IHM ou en M2M n’est pas une aussi simple qu’on le pense en première approche : Il faut adapter la communication à l’application. Il n’y a pas de solution standard Il faut aussi adapter en fonction de l’environnement Il faut faire les bons choix face aux contraintes temporelles Si tout marche bien en labo, il est à parier que des problèmes arriveront dans l’environnement industriel si certaines précautions n’ont pas été prises. Problèmes de communication : IHM : Mauvaise acceptation du système, interface non adaptée, erreurs d’interprétation, interfaces non protégées…. M2M : agressions extérieures (Perturbations électromagnétiques, connectique), communication adaptée, perturbations du réseau, ruptures de communication… IHM : Interface Homme Machine M2M : Machine To Machine – Communication entre systèmes Et la communication ? Logiciel Matériel hard Capteurs Actionneurs Communication Système Environnement d’application 13 Pour une majorité d’applications industrielles, les systèmes sont maintenant de plus en plus enfouis. Il y a de moins en moins d’interface humaine : quelque fois réduite à son minimum, voir complètement absente. Le système agit caché : on ne voit physiquement que le résultat de sa décision… Ceci amène à prendre en compte d’une façon importante l’évaluation des risques et la gestion de la sécurité. Ceci dépend évidemment de l’environnement de fonctionnement du système : toutes les applications ne sont pas soumises aux mêmes contraintes. Il y a une grande différence entre le problème de l’impression d’un document informatique et un système ABS qui « oublie » de freiner, ou un régulateur de vitesse qui se bloque ! Le BUG ! On ne doit pas avoir une vision limitative uploads/Industriel/ cesi-info-indus-1.pdf