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Eléments d’architecture système Daniel Krob CESAMES & IRT SystemX 23 Septembre

Eléments d’architecture système Daniel Krob CESAMES & IRT SystemX 23 Septembre 2015 Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°2 Table des matières  1 : Les enjeux de la maîtrise de la complexité  2 : Les fondements de l’architecture système  3 : Les impacts organisationnels de l’approche système Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°3 Quelques catégories de problèmes systémiques classiques auxquels les projets “systèmes” sont confrontés • Problèmes d’intégration du produit • Les composants du système produit ne coopèrent pas correctement ensemble • Problème type : un système intégré possède des propriétés émergentes non prévues & plus ou moins fortement indésirables (souvent résultant d’un effet « domino ») • Problèmes d’intégration du projet • Les parties prenantes du système projet ne collaborent pas correctement ensemble • Problème type : le système projet oublie la mission du système produit dont il a la charge & chaque entité du projet travaille de manière silotée sans interface réelle avec les autres acteurs du projet Système projet Sous-systèmes matériels Sous-systèmes logiciels Sous-systèmes humains Système produit Etat courant de conception Actions de conception Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°4 Exemple d’un problème d’intégration Le cas du premier vol d’Ariane 5 (1/2) • L’accident du 4 Juin 1996 : • H0-H0+36 s. : vol parfait d’Ariane 5 jusqu’à la 36-ième seconde (1) • H0+36,7 s. : défaillance quasi-simultanée des deux systèmes de guidage inertiel • H0+37 s. : mise en route du pilote automatique qui interprète mal les signaux de panne des systèmes de guidage inertiel et corrige brutalement la trajectoire du lanceur (2) • H0+39 s. : rupture des boosters déclenchant l’auto-destruction de la fusée (3) • Coûts immédiats de l’accident : • Coût direct de 370 millions de dollars (perte de la charge utile) • Coûts induits : 1 mois de travail pour récupérer les débris les plus dangereux (comme les réserves de carburant) dans l’eau opaque de la mangrove Guyanaise • Importants coûts indirects en terme de retards sur le programme Ariane 5 : • Le second vol d’Ariane 5 n’aura lieu qu’un an après l’accident du vol inaugural • Le premier vol commercial d’Ariane 5 aura lieu 3 ans après, soit le 10 Décembre 1999 (1) (2) (3) Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°5 Exemple d’un problème d’intégration Le cas du premier vol d’Ariane 5 (2/2) H0 + 39s Valeurs numériques des accélérations d’Ariane 5 (5 fois plus fortes que sur Ariane 4) Inertial Reference System (IRS) Pilote automatique H0 + 37s H0 + 36s Source : rapport de la commission Lions, 1996 Bits signalant la panne IRS1 (principal) IRS2 (secours) Clone de IRS1 Auto- destruction Braquage des tuyères des moteurs avec un angle d’attaque > 20° Bits interprétés comme des données de vol Composant logiciel provenant d’Ariane 4, repris à l’identique et non re-testé dans l’environnement d’Ariane 5 pour des raisons d’économie ( 120.000 euros) Ironie : la fonction de calibrage qui a « buguée » était devenue inutile sur Ariane 5 après le décollage Même erreur logique : overflow lors de la conversion d’un « double » en entier 16 bits Le système Ariane 5 a été miné par une erreur d’intégration qui le rendait incorrect par construction ! Valeurs inattendues Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°6 Intégration L’intégration est le mécanisme qui permet de construire un système à partir d’autres systèmes (matériels, logiciels & humains) en les organisant de manière à ce qu’il puisse accomplir – au sein d’un environnement donné – ses missions • Régulateur programmable de la vitesse de brossage • Analyse des brossages & reporting Systèmes logiciels Systèmes matériels Systèmes humains Enfant Système Brosse-@-dent électronique utilisée Utilisateurs L’intégration engendre toujours de l’émergence qu’il faut donc maîtriser Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°7 La complexité réside dans l’intégration Maîtriser un système « complexe », c’est maîtriser l’intégration des systèmes hétérogènes qui le composent et l’intégration des ingénieries & des modèles associés Ingénieries & modèles à intégrer Télécom- munications Architecture des ordinateurs Management Cas d’utilisation Mécanique Electronique Automatique Modèles de maintenance Electro- magnétisme Physique des matériaux Génie logiciel Processus opérationnels Managers Clients Système à intégrer Lois de commande Systèmes mécaniques Systèmes électroniques Mainteneurs Antennes Matériaux Opérateurs Logiciels Réseaux Systèmes d’exploitation Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°8 La barrière de la complexité Nombre d’interfaces du produit (complexité d’intégration) Effort d’ingénierie nécessaire Processus d’ingénierie classiques (basés sur des approches projets cascadées et des modèles implicites du système) Quand la complexité d’intégration d’un système augmente, la capacité à gérer efficacement les interfaces produit & les interactions projet devient cruciale : ces nouveaux défis nécessitent donc d’utiliser de nouvelles méthodes Processus d’ingénierie système (basés sur des approches projets collaboratives et des modèles explicites du système) Zone de rupture entre les méthodes d’ingénierie classiques et les approches collaboratives d’intégration système Effort = A x Complexité1+B Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°9 Table des matières  1 : Les enjeux de la maîtrise de la complexité  2 : Les fondements de l’architecture système  3 : Les impacts organisationnels de l’approche système Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°10 Télécoms Architecture & ingénierie système L’approche système comme discipline intégratrice L’architecture & l’ingénierie système sont des disciplines intégratices qui permettent de penser dans une même vision d’ensemble & en subsidiarité avec les disciplines & les ingénieries existantes tous les composants matériels & logiciels (dimension technique) et tous les facteurs humains (dimension humaine) d’un système Dimension matérielle Dimension informationnelle Dimension humaine Systémique & logique Cadres & méthodes d’architecture Automatique Génie logiciel Architecture des ordinateurs Mécanique Electronique Physique des matériaux Electro- magnétisme Processus opérationnels Modèles de maintenane Management Cas d’utilisation Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°11 La notion de système Un système est caractérisé par un double comportement entrée / sortie et interne qui lui permet en permanence – i.e. tout au long du temps (t) – d’une part de transformer des entrées (x) en sorties (y) selon la nature de ses états internes (q) et d’autre part de faire évoluer ses états internes (q) sous l’action de ses entrées (x) Note : les systèmes « ingéniérés » peuvent se classer en trois grandes catégories en fonction des lois qui régissent les comportements qui les définissent : systèmes matériels (lois physiques), systèmes logiciels (lois logiques) et systèmes humains (lois du comportement humain) Etats (q) Entrées (x) Sorties (y) E S C Traitements internes Post-conditions (besoins & contraintes pour d’autres systèmes), données, livrables, actions, etc. Pré-conditions (besoins & contraintes pour le système considéré), données, ressources, décisions, etc. Considérer un objet comme un système est donc un choix de modélisation, pas une caractéristique intrinsèque de l’objet Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°12 Les trois grandes visions architecturales permettant d’analyser un système L’architecture système repose sur un changement de paradigme de conception : le passage d’une logique « Bottom-Up » à une logique « Top-Down » Mission du système Quels sont les services rendus par le système à son environnement ? Quelles sont les fonctions à réaliser ? Quelles sont les ressources concrètes à utiliser ? Niveau fonctionnel (QUOI) Niveau organique (COMMENT) Niveau opérationnel (POURQUOI) Fonction 3 Hommes Relations d’allocation Fonction 1 Fonction 4 1 2 3 4 Composants techniques Fonction 2 Logiciels Matériels Relations d’allocation EXTERIEUR INTERIEUR Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°13 Le point de départ de toute analyse architecturale Alimentation électrique Dentistes Système de maintenance Système de distribution Sous-systèmes humains Lieux d’utilisation Flux Internet Flux L’extérieur d’un système est l’ensemble des systèmes externes de son environnement qui ont une influence sur le système. Une partie prenante est un acteur humain qui incarne un système externe, i.e. qui est légitime pour représenter le système externe considéré. Systèmes externes Parties prenantes Parties prenantes Brosse-@-dent électronique utilisée Dentifrice Brosse-@-dents utilisée Systèmes externes Sous-systèmes logiciels Sous-systèmes matériels Utilisateurs Environnement Système projet (conception & industrialisation) Flux Flux Eléments d’’architecture système Sept. 2015 Diapositive N°14 Extérieur Extérieur Système de maintenance Système de maintenance Dentiste Dentiste Internet Internet Utilisateurs Utilisateurs Dentifrice Dentifrice Alimentation électrique Alimentation électrique Descriptions opérationnelles Référentiels d’architecture & visions architecturales Environne- ment Système livré EXTERIEUR INTERIEUR Référentiel de la solution Référentiel des propriétés attendues VISION OPERATIONNELLE VISION FONCTIONNELLE VISION ORGANIQUE Référentiel d’ingénierie Besoins Exigences fonctionnelles Descriptions fonctionnelles Exigences organiques Descriptions organiques Référentiel technique Référentiel client Diagrammes organiques configurations techniques, composants, organes Diagrammes fonctionnels : modes de fonctionnement, fonctions, fonctionnements Diagrammes opérationnels : contextes opérationnels, missions, scénarios opérationnels Exigences organiques types : le <composant du système> doit <être quelque chose> … Besoins types : le <système externe> veut <pouvoir faire quelque chose> … Exigences fonctionnelles types : le <composant du système> doit <faire quelque chose> … Brosse-@-dents électronique Standards du marché «Requirement» La brosse-@-dents doit être construite en s'appuyant sur les standards du marché. «derive» Normes EDF «Requirement» La brosse-@-dents doit respecter les normes électriques EDF. «derive» Matériaux non toxiques «Requirement» La brosse-@-dents doit être avec des matériaux non toxiques éprouvés. «derive» «derive» «derive» Communication sans fil «Requirement» La brosse-@-dents doit avoir une interface de communication sans fil compatible IP. «derive» Fournir_les_performances_de_brossage Internet Mesures Electricite Produire_une_force_de_brossage Brossage Prehension Mesures uploads/Ingenierie_Lourd/ architecture-systeme-seminaire-systemx.pdf