Équipe 13 - Université Laval

Transcription

SysCom
Système de commande à distance d’unités mobiles de
traitement des boues organiques
Rapport de projet – version finale
présenté à
Robert Bergevin et Éric Poulin
par
Équipe 13 — Team Ragnarök
matricule
nom
signature
111 002 898
Antoine Bois
908 166 274
Walid El Maksoud
910 097 174
Abdoul Aziz Lom
908 467 509
Daniel Lussier-Lévesque
111 008 228
Nicolas Marquis
910 130 084
Carl Nadeau
910 059 571
Dominique Pothier
Université Laval
13 avril 2012
Historique des versions
version
0
1
date
19 janvier 2012
26 janvier 2012
17 février 2012
2
16 mars 2012
Final
13 avril 2012
description
Création du document
Intégration des sections introduction et description
Intégrations des sections besoins et objectifs et cahier des
charges
Intégrations des sections conceptualisation et analyse de
faisabilité
Intégrations des sections étude préliminaire et concept retenu
Table des matières
Table des figures
v
Liste des tableaux
vi
1 Introduction
1
2 Description
2
3 Besoins et Objectifs
3.1 Analyse des besoins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Définition des objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Hiérarchisation des objectifs de manière visuelle . . . . . . . . . . . . . . . .
3
3
4
5
4 Cahier des charges
4.1 Gestion locale de l’unité . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 Précision de la conversion analogique-numérique
4.1.2 Nombre de sorties traitables . . . . . . . . . . .
4.1.3 Nombre d’entrées traitables . . . . . . . . . . .
4.1.4 Fréquence de traitement des données . . . . . .
4.1.5 Capacité d’archivage local . . . . . . . . . . . .
4.1.6 La fréquence d’envoi des données . . . . . . . .
4.2 Gestion à distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Résistance aux pertes de paquets . . . . . . . .
4.2.2 Capacité d’archivage du serveur central . . . . .
4.2.3 Fiabilité d’archivage des données . . . . . . . .
4.2.4 Bande passante du serveur central . . . . . . . .
4.2.5 Latence dans l’envoi des commandes aux usines
4.3 Coûts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Coûts d’entretien . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 Coûts initiaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.3 Coûts d’opérations . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4 Sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1 Résistance aux intrusions dans le système . . .
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10
11
11
11
12
12
12
TABLE DES MATIÈRES
4.5
4.6
4.7
4.8
4.4.2 Qualité du cryptage des données .
Fiabilité de la localisation . . . . . . . .
Convivialité des interfaces . . . . . . . .
Tableau résumé . . . . . . . . . . . . . .
Maison de la qualité . . . . . . . . . . .
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13
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5 Conceptualisation et analyse de faisabilité
16
5.1 Diagramme fonctionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
5.2 Concepts de solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
5.2.1 Automatiser l’usine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
5.2.1.1 Le ACE3600 de Motorola Solutions . . . . . . . . . . . . . .
17
5.2.1.2 Le UEIPAC 600 de United Electronic Industries . . . . . . .
18
5.2.1.3 Le SIMATIC Microbox 427B de Siemens . . . . . . . . . . .
19
5.2.1.4 Le AC500-eCo de ABB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
5.2.1.5 Tableau résumé des différents concepts d’automatiser l’usine
20
5.2.2 Archiver Localement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
5.2.2.1 Disque dur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
5.2.2.2 Carte SD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
5.2.2.3 SSD (Solid State Drive) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
5.2.2.4 EEPROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
5.2.2.5 Tableau résumé des différentes solutions pour l’archivage local 23
5.2.3 Permettre l’accès l’interface aux techniciens . . . . . . . . . . . . . .
23
5.2.3.1 L’ordinateur portable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
5.2.3.2 L’ordinateur de bord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
5.2.3.3 Le téléphone intelligent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
5.2.3.4 Tableau résumé des différents module d’interface aux techni25
ciens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.4 Fournir les fonctionnalités d’interface . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
5.2.4.1 Licence VTS pour 5000 tags avec option Internet Client . .
26
5.2.4.2 Suite OPC systems.net . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
5.2.4.3 Mango M2M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
5.2.4.4 Développement indépendant avec Ajax . . . . . . . . . . . .
27
5.2.4.5 Tableau résumé des différents solution pour d’interface . . .
28
5.2.5 Localiser les techniciens et unités mobiles . . . . . . . . . . . . . . . .
28
5.2.5.1 Le Fleet Manager 300 Communicator . . . . . . . . . . . . .
29
5.2.5.2 Le système de gestion PosiTrace . . . . . . . . . . . . . . .
30
5.2.5.3 Solution GPS standard/carte routière + téléphone cellulaire/interface
du technicien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
5.2.5.4 Tableau résumé des différentes solutions pour localiser les
techniciens et unités mobiles . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
5.2.6 Assurer la communication entre les éléments du système . . . . . . .
31
5.2.6.1 Communication par internet à travers le réseau cellulaire 3G
avec TCP/IP et logiciel de sécurité . . . . . . . . . . . . . .
31
TABLE DES MATIÈRES
iii
5.2.6.2
5.2.6.3
5.2.6.4
5.2.7
5.2.8
Communication par internet satellite avec UDP/IP . . . . .
Ligne téléphonique par ligne commutée . . . . . . . . . . . .
Tableau résumé de différentes solutions pour assurer la communication entre les éléments du système . . . . . . . . . .
Archiver des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.7.1 Location d’espace sur un serveur . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.7.2 Serveur à cabinet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.7.3 Serveur en tour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.7.4 Tableau résumé pour les serveurs d’archivage . . . . . . . .
Gérer la base de donnée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.8.1 SQL server Standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.8.2 Oracle Database . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.8.3 PostgreSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.8.4 Tableau résumé des différents logiciels de gestion de base de
donnée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Étude préliminaire
6.1 Plan d’analyse des concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Présentation des concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1 Concept 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.1 Précision de la conversion analogique-numérique
6.2.1.2 Nombre d’entrées traitables . . . . . . . . . . .
6.2.1.3 Nombre de sorties traitables . . . . . . . . . . .
6.2.1.4 Fréquence de traitement des données . . . . . .
6.2.1.5 Capacité d’archivage local . . . . . . . . . . . .
6.2.1.6 Fréquence d’envoi des données . . . . . . . . . .
6.2.1.7 Résistance aux pertes de paquets . . . . . . . .
6.2.1.8 Capacité d’archivage du serveur central . . . . .
6.2.1.9 Fiabilité du serveur d’archivage . . . . . . . . .
6.2.1.10 Bande passante du serveur central . . . . . . .
6.2.1.11 Latence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.12 Résistance aux intrusions . . . . . . . . . . . .
6.2.1.13 Qualité de l’encryptage des données . . . . . . .
6.2.1.14 Fiabilité de la localisation . . . . . . . . . . . .
6.2.1.15 Convivialité des interfaces . . . . . . . . . . . .
6.2.1.16 Coûts initiaux . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.17 Coûts d’entretien . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1.18 Coûts d’opération . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2 Concept 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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47
TABLE DES MATIÈRES
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53
53
53
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53
54
54
54
54
55
7 Concept Retenu
7.1 Matrice de décision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2 Description du concept retenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
57
57
60
Bibliographie
61
6.3
6.2.2.11 Latence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2.16 Coûts initiaux . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3 Concept 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.11 Latence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3.16 Coûts initiaux . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iv
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Table des figures
3.1
Hiérarchisation des objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
4.1
Maison de la qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
5.1
Diagramme fonctionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
7.1
Le concept retenu, Avant-Garde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
v
Liste des tableaux
4.1
Résumé du cahier des charges. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
18
20
21
23
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
5.14
5.15
5.16
Aspects décisionnels du traitement local des signaux analogiques et numériques
Résumé des concepts pour la logique de commande . . . . . . . . . . . . . .
Aspects décisionnels des supports de stockage . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tableau résumé des concepts pour l’archivage . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aspects décisionnels de la localisation pour les modules d’interface aux techniciens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Résumé des concepts pour les modules d’interface aux techniciens . . . . . .
Aspects décisionnels du logiciel d’interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Résumé des concepts pour l’interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aspects décisionnels de la localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Résumé des concepts pour la localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aspects décisionnels de la communication entre les éléments du système . . .
Résumé des concepts pour la communication . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aspects décisionnels d’archiver les données . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Résumé des concepts pour le archiver les données . . . . . . . . . . . . . . .
Aspects décisionnels de la gestion de base de donnée . . . . . . . . . . . . . .
Résumé des concepts pour la gestion de la base de données . . . . . . . . . .
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
Plan d’analyse des concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Synthèse des différents coûts associés au concept Fonctionnalité.
Synthèse des différents coûts associés au concept Avant-garde. .
Synthèse des différents coûts associés au concept Pragmatique. .
Synthèse des résultats de chaque critère et concept . . . . . . .
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41
46
51
55
56
7.1
Notes pondérées accordées à chaque critère et concept . . . . . . . . . . . . .
58
vi
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24
25
25
28
29
31
31
33
34
36
36
38
Chapitre 1
Introduction
Les boues d’épuration sont les principaux déchets résultant du traitement des eaux usées.
Le traitement de ces boues représente ainsi une part non négligeable et essentielle de l’épuration de ces eaux. Les boues organiques ou biologiques, une classification plus restreinte, et au
contraire des boues primaires constituées en majeure partie d’éléments minéraux, constituent
pour leur part un risque sanitaire réel ne pouvant être négligé sous aucune circonstance, au
risque de torts environnementaux considérables. S’ensuit donc une attention toute particulière devant être accordée au choix et à l’optimisation des procédés eux-mêmes, car de ces
procédures dépend directement la qualité de l’environnement. Une valorisation intensive, de
plusieurs manières, est bien sûr le but ultime du traitement de ces boues organiques, car elle
permet d’enrayer la plupart des problèmes environnementaux potentiels. Cette valorisation
est précisément le champ d’expertise de l’entreprise ÉcoloVal, fondée en 2003.
C’est dans cette perspective que l’équipe Ragnarök, dans le but d’aider au déploiement
d’unités mobiles contrôlables à distance développées par ÉcoloVal, reçoit comme mandat la
conception préliminaire d’un système informatique auxiliaire au processus principal de traitement. Ces unités mobiles semi-autonomes, ainsi que le support informatique sous-jacent
indispensable développé par la firme Ragnarök, permettent à ÉcoloVal d’étendre plus facilement ses activités à la grandeur de la province depuis un centre de contrôle situé à Québec,
dont l’interface est aussi laissée sous la responsabilité de la firme.
Ce rapport établit d’abord une description et une hiérarchisation des besoins, suivies
d’une conceptualisation et une analyse de faisabilité. Il se termine par une étude préliminaire
et une présentation du concept retenu.
1
Chapitre 2
Description
Le projet SysCom est un système de commande à distance de plusieurs unités de traitement de boues organiques. Le mandat que l’entreprise québécoise ÉcoloVal a assigné à
l’équipe Ragnarök est de concevoir de manière préliminaire un ensemble de solutions qui
répond aux demandes et aux besoins d’ÉcoloVal.
Afin de combler ces objectifs spécifiques, il faut, dans un premier temps, s’assurer d’un
traitement de signal adéquat et simultané d’une multitude de données à la fois analogiques et
numériques provenant des dix unités mobiles. Il est important que ces données soient régulées et traitées par une logique de commande séquentielle. Ces données doivent ensuite être
transmises au centre de gestion des opérations situé à Québec et être interfacées de manière
appropriée. L’archivage de ces données est également impératif. Ces unités doivent pouvoir
être commandées de manière locale par les techniciens et à distance par la centrale ou les
techniciens en déplacement et s’ajuster de manière adéquate selon chacun de ces cas.
De même, un service parallèle de gestion doit être mis en place afin d’assurer une bonne
communication avec les techniciens. Ceux-ci doivent pouvoir être localisés, envoyer des rapports et recevoir des directives du centre de contrôle en tout temps. Finalement, SysCom doit
être réalisé en tenant compte de la fiabilité, de la sécurité, et d’une minimisation des coûts
liés à sa réalisation.
2
Chapitre 3
Besoins et Objectifs
3.1
Analyse des besoins
Afin de mieux cerner les objectifs du système de commande de traitement des boues
organiques, une énumération exhaustive des besoins du client établis dans le mandat qui
nous est confié s’impose.
Cette commande s’effectue localement grâce à :
– 40 entrées analogiques 4 − 20 mA ;
– 40 sorties analogiques 4 − 20 mA ;
– 80 entrées discrètes 24 V DC ;
– 80 sorties discrètes 24 V DC ;
– Convertisseurs de 12 bits ou plus ;
– Logique de commande exécutée à toutes les 500 ms ou plus rapidement ;
– Langage de programmation adapté aux techniciens.
Le centre de contrôle doit être en mesure de :
– Assurer de transmettre les commandes aux unités et accès aux données des unités avec
un taux de rafraîchissement de 5s ou moins ;
– Interfacer homme-machine permettant de visualiser le fonctionnement du procédé pour
chaque unité et permettre l’envoi de directives ;
– Archiver les données à une fréquence minimale de 3 fois/minute sur une période d’un
an et les rendre disponibles pour consultation ;
– Localiser les unités mobiles en tout temps (même celles en transit) ;
– Localiser les techniciens en tout temps ;
– Acheminer automatiquement les demandes d’intervention aux techniciens et permettre
le suivi ;
– Minimiser les pertes de données ;
– Assurer la gestion des activités d’entretien par les techniciens ;
– Assurer la réception des demandes d’intervention, la confirmation de la validation et
l’exécution des demandes d’intervention ;
– Permettre l’envoi de commandes du technicien directement.
3
CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS
4
Autres considérations :
– Minimisation des coûts :
– Initiaux ;
– D’opération ;
– D’entretien.
– Maximisation de la fiabilité :
– Minimiser les pannes ;
– Assurer la disponibilité des pièces de rechange ;
– Faciliter les opérations d’entretien ;
– Éviter les produits en fin de cycle de vie.
– Assurer la sécurité informatique :
– Assurer la confidentialité des données.
3.2
Définition des objectifs
Dans l’optique de répondre aux besoins, des objectifs généraux et spécifiques ont été
déterminés. Dans le but d’alléger la lecture, ceux-ci sont présents sous la forme de la liste
suivante :
1. Effectuer la gestion locale de l’unité mobile.
(a) Maximiser la précision de la conversion de plusieurs signaux analogiques en signaux
numériques ;
(b) Augmenter le nombre de signaux traitables (analogiques et numériques) ;
(c) Maximiser la fréquence de la rétroaction ;
(d) Maximiser la capacité du stockage local ;
(e) Maximiser la fréquence d’envoi des données.
2. Effectuer la gestion à distance des unités mobiles.
(a) Maximiser la capacité d’archivage des données en provenance des unités mobiles ;
(b) Minimiser les pertes des données archivées ;
(c) Minimiser la latence dans l’envoi des commandes aux usines ;
(d) Assurer la fiabilité de la connexion au réseau central.
3. Minimiser les coûts.
(a) Minimiser les coûts d’entretiens ;
(b) Minimiser les coûts initiaux ;
(c) Minimiser les coûts d’opérations.
4. Assurer une localisation fiable de tous les éléments sur le terrain.
5. Maximiser la sécurité informatique.
(a) Limiter les intrusions possibles dans le système ;
(b) Maximiser la sécurité des transferts de données.
6. Assurer la convivialité des différentes interfaces.
CHAPITRE 3. BESOINS ET OBJECTIFS
3.3
5
Hiérarchisation des objectifs de manière visuelle
La figure suivante offre une visualisation hiérarchique des objectifs généraux et spécifiques
du projet :
Fig. 3.1 – Hiérarchisation des objectifs
Chapitre 4
Cahier des charges
Ce chapitre du rapport attribue aux objectifs établis au chapitre précédent des critères
permettant l’évaluation de l’atteinte de l’objectif ainsi qu’un barème permettant la quantification du critère. Ce barème, bien que ce ne soit pas nécessairement et systématiquement
spécifié à chaque fois, s’étend toujours de 0 à 1, une note de 0 représentant une performance
médiocre et 1 une performance exceptionnelle. Si le critère devait dépasser 1 selon la fonction servant à l’évaluer, il est automatiquement ramené à 1 ; de même, une évaluation qui
serait négative est toujours remise à 0. Une pondération mettant en perspective l’importance
relative de chaque critère est également incluse afin de permettre une évaluation plus aisée
des solutions globales au chapitre 6. Ces critères sont finalement regroupés en fin de chapitre
sous la forme d’un tableau et d’une maison de la qualité.
4.1
4.1.1
Gestion locale de l’unité
Précision de la conversion analogique-numérique
Puisque le projet implique notamment un traitement digital des données, il peut s’avérer
utile de convertir plus précisément les données en maximisant le nombre de bits sur lesquelles
s’effectue la conversion du signal analogique au signal numérique. Le nombre de bits de
conversion minimal demandé par le client est de 12 bits. Bien que le résultat qui nous intéresse
au final soit celui de la résolution, nous détenons un contrôle plus direct sur le nombre de
bits, ce que reflète l’évaluation de ce critère. Le barème devient alors :
f (N ) = 0, 38 × log(N − 11)
(4.1)
N est le nombre total de bits sur lequel se fait la conversion. Toute solution inférieure à N =
12 sera automatiquement refusée. Tout N supérieur à 24 équivaut bien sûr à un résultat de 1.
Le barème introduit un logarithme car l’augmentation de résolution devient progressivement
de moins en moins importante, étant elle-même limitée par la précision des capteurs et de
leurs incertitudes. Le critère se voit attribuer une pondération de 1% en raison de la très faible
importance habituellement accordée à la précision des données provenant du traitement des
eaux usées.
6
CHAPITRE 4. CAHIER DES CHARGES
4.1.2
7
Nombre de sorties traitables
Le client a besoin d’un minimum de 120 sorties. L’ajout de sorties supplémentaires permettrait l’ajout éventuel de fonctionnalités au système. Considérant que les sorties analogiques
supplémentaires ont une plus grande importance, car elles permettent davantage d’usages
potentiels qu’un simple signal booléen, le barème s’énonce ainsi :
q
(D − 80) + 5 ×
f (D, A, S) =
q
(A − 40) + 0, 3 × S
(4.2)
25
D est le nombre de sorties discrètes, A le nombre de sorties analogiques, et S l’espace disponible pour des sorties supplémentaires. La fonction n’est évidemment pas valide pour des
valeurs ne correspondant pas aux spécifications du domaine. Il n’y a pas de limite théorique
au nombre de sorties, mais toute combinaison qui fait augmenter la résultat au-delà de 1
se voit attribuer la note de 1. Si le nombre minimal d’entrées et de sorties est respecté, le
nombre d’entrées supplémentaire pour obtenir une note de 1 est de 50. Puisque l’augmentation du nombre de sorties n’est pas indispensable au fonctionnement du système ni même
particulièrement utile dans l’immédiat, ce critère se voit attribuer une pondération de 2%.
4.1.3
Nombre d’entrées traitables
Le nombre minimal d’entrées est le même que celui pour les sorties, soit 120. En accordant
encore une fois plus d’importance aux entrées analogiques, nous obtenons le même barème
que celui du nombre de sorties § 4.1.2, soit :
q
f (D, A) =
(D − 80) + 5 ×
q
(A − 40) + 0, 3 × S
(4.3)
25
Encore une fois, D représente des signaux numériques, A des signaux analogiques, et S l’espace disponible pour des entrées supplémentaires. Le domaine est similaire. L’importance
accordée est également la même, soit de 2%, ce critère étant réellement le simple complémentaire.
4.1.4
Fréquence de traitement des données
Afin d’assurer le bon fonctionnement de l’unité mobile, une boucle complète de rétroaction
doit être effectuée en moins de 500 millisecondes. Une vitesse accrue du parcours de la boucle
de rétroaction implique bien sûr une régulation optimisée de l’usine de traitement. Le barème
de la vitesse de complétion de la boucle de rétroaction est présenté de la façon suivante :
FT − 2
(4.4)
248
Pour FT , en Herz, se trouvant entre 2 et 10 Hz. Une fréquence inférieure à 2 Hz est
automatiquement rejetée, tandis qu’une supérieure à 250 Hz, la cote 1. Considérant l’importance de l’automatisation dans le projet, ce critère se voit attribuer une pondération assez
importante de 8%.
f (FT ) =
4.1.5
8
Capacité d’archivage local
Une archive centralisée ne suffit pas pour assurer une fiabilité totale au système SysCom.
En cas de perte de connexion au réseau, il faut que les données des unités puissent être
enregistrées sur une archive locale qui sera retransmise une fois la connexion rétablie. En
estimant qu’il faut un minimum de 2 Go pour archiver les données d’une unité mobile avec
une résolution de 20 secondes (On multiplie le nombre de bits contenus dans une sauvegarde
par le nombre de sauvegardes annuelles), on utilisera le barème suivant :
CL − 2
(4.5)
30
CL est la capacité de stockage en gigaoctets, entre 2 et 32Go. 32 Go permettra une
résolution d’archivage 16 fois plus précises que celle réclamée par le client et nous semble
donc une borne supérieure acceptable. Une capacité supérieure à 32 Go sera évaluée à 1 et
une autre inférieure à 2 Go à 0. Ce critère se voit attribuer la pondération de 3% considérant
que même s’il n’est pas nécessaire au fonctionnement normal des unités mobiles, ajoute à la
fiabilité du système.
f (CL ) =
4.1.6
La fréquence d’envoi des données
Pour assurer un accès assez rapide aux données, il faut que la vitesse d’envoi depuis les
unités mobiles soit effectuée assez rapidement et à une fréquence assez importante. Comme
l’archivage décrit au critère précédent est un point de transit obligatoire entre le serveur et
les données brutes traitées, il faut également que cette mémoire soit rapide d’accès. Le temps
d’accès à une mémoire varie d’environ entre 16 ms et 25 µs, c’est-à-die à une fréquence varie
d’environ entre 60 Hz et 40 KHz. Le barème trouvé est le suivant :
FE − 60
(4.6)
39940
Pour une fréquence d’envoi FE , en Herz, se situant entre 60 Hz et 40 KHz. Une fréquence
inférieure à 60 Hz se voit attribuer la cote 0, et une supérieure à 40 KHz, la cote 1. La
pondération de ce critère est fixée à 4% puisqu’elle permet d’évaluer la pertinence des données
reçues. En effet, plus une donnée est récente, plus son traitement est pertinent et plus la
décision résultant du traitement est appropriée.
f (FE ) =
4.2
4.2.1
Gestion à distance
Résistance aux pertes de paquets
La définition de perte de paquets « packet loss » englobe ici la définition habituelle d’un
paquet de données qui ne parvient pas à destination de même que tous les paquets corrompus
en cours de transfert et ceux qui arrivent trop tard pour être traités efficacement. Ce critère
est bien sûr très important pour assurer une gestion efficace des données en provenance des
9
unités mobiles. Des données trop peu fiables compromettent la pertinence des commandes
envoyées, car les données ne représentent plus nécessairement la réalité. Des pertes de paquets
dépassant 0, 1% sont généralement considérées comme assez importantes, et se doivent d’être
prises en considération et traitées le plus vite possible. Il y a donc une certaine évaluation de
la susceptibilité à produire des pertes de paquets dépassant ce 0, 1% qui doit être faite, en
plus de considérer le taux moyen de pertes :
f (Tmoy. ) = 1 − 10(Tmoy. )
(4.7)
Tmoy. est ici le taux moyen de pertes de paquets en pourcentage et S une mesure de
susceptibilité à produire des pertes de paquets dépassant temporairement 0, 1%. Il représente
la proportion de dépassement sur le temps total, et prend donc ainsi en compte la variance
du taux de perte. Ce 0, 1 représente la perte maximumale pour obtenir des points considérant
qu’il représente un taux de perte élevé. Un taux de perte nul correspond quant à lui, à une
note de 1. Il est à noter que ce critère peut être amélioré de manière substantielle en vérifiant
régulièrement la correspondance avec les données locales. Considérant l’importance capitale
d’une connexion fiable pour pouvoir entreposer les données de toutes les unités mobiles, la
résistance aux pertes de paquets se voit attribuer une pondération de 8%.
4.2.2
Capacité d’archivage du serveur central
Les besoins de base du client en matière d’archivage demandent 16,5 gigaoctets. Cette
valeur correspond à la valeur minimale pour enregistrer toutes les données des 10 usines
à chaque 5 secondes sur un an. En augmentant les capacités d’archivage du système, il
est possible de sauvegarder les données à une plus grande fréquence et les conserver plus
longtemps. Il est à noter que la sauvegarde ne peut pas être plus rapide que la vitesse de
transmission des données. La formule suivante représente le barème d’accomplissement de ce
critère :
49, 5
+1
(4.8)
CS + 33
CS est la capacité en gigaoctets de la mémoire de stockage du serveur. Une capacité
inférieure à 16,5 est l’équivalent de 0. L’importance de la grandeur de la mémoire tend vers
une asymptote dans l’optique où l’amélioration est plus importante lorsqu’on est près de
la mémoire nécessaire et moins importante lorsqu’on l’a dépassé de beaucoup. Puisque ces
données sont essentielles entre autres au travail des techniciens, ce critère se voit attribuer
une importance de 5%.
f (CS ) = −
4.2.3
Fiabilité d’archivage des données
Considérant que l’entretien nécessite un historique des données qui ne sont pas récupérables si perdues, la fiabilité d’archivage des données a été choisie comme critère dans la
sélection d’un système de gestion des archives. Un barème a été développé selon l’intervalle
10
de temps entre les défaillances (MTBF) et le temps nécessaire à la réparation du serveur
(MTTR). Avec une limite de trois pannes par années et un temps de réparation de moins
de quatre heures par panne, il est possible de calculer la disponibilité stationnaire avec cette
équation
disponibilit =
1
1+
MT T R
M T BF
(4.9)
Il est dit que la disponibilité stationnaire minimale d’un serveur, correspondant à une
côte de 0 est de 99,90%, donc ce baréme suivant sera utilisé pour ce critére :
f (dispon.) =
dispon. − 0, 9990
0, 001
(4.10)
Un disponibilité stationnaire de 100% correspond à une cote de 1.Considérant l’importance moyenne de la fiabilité de ces données au travail des techniciens, ce critère s’est vu
attribuer une pondération de 3%.
4.2.4
Bande passante du serveur central
Une bande passante suffisamment élevée doit être prévue afin d’assurer la transmission
en temps réel des informations relatives au system Syscom.Elle devra supporter le transfert
des données de commande de toutes les unités soit 12 bits pour chaque entrée et sortie au
nombre de 2400 et à chaque 5 secondes soit 5760 bits/s .Par conséquent, une bande passante
supérieure à 5760 bits/s représente le minimum nécessaire pour répondre aux besoins du
système. Une bande passante de 2 Mbps 1 est très largement suffisante pour la transmission
de toutes les informations du systéme et servira de borne supérieure à notre critère. La
formule qui établit le barème de la bande passante est :
f (BP ) = 0, 17 × ln(BP ) − 0, 29
(4.11)
Bp est la valeur de la bande passante en Ko/s. L’utilisation de ce logarithme se justifie par
une importance très faible accordée à une trop grande bande passante, considérant qu’elle
restera fort probablement inutilisée. Elle peut cependant servir à de nouvelles fonctionnalités
ou à des interfaces qui utilisent entre autres des éléments vidéos. 5.760 étant le minimum
requis, il forme la zone inférieure du domaine, et 2000 forme la borne supérieure considérant
qu’une telle bande-passante permettrait d’exploiter toutes les fonctionnalités pouvant nous
être utile. Une pondération de 4% a été accordée à ce critère.
4.2.5
Latence dans l’envoi des commandes aux usines
Puisque la vitesse de traitement est déjà limitée à 500 ms, la latence maximale pouvant
survenir sur le réseau est de 4,5 secondes. La formule pour ce critère est la suivante :
1
Megabits par seconde
11
Lmoy.
)+1
(4.12)
2
Lmoy. est la latence moyenne, entre 0 et 1,98 secondes. La borne étrange de 1,98 secondes
est utilisée, car notre modèle présente une asymptote verticale en 2. 1,98 est donc le moment
où la courbe franchit l’axe x, et est suffisamment près de 2 secondes pour pouvoir considérer
que le domaine est défini entre 0 et 2 secondes. Les valeurs supérieures à 2 secondes ont
étés considérées comme étant trop improbables pour être incluses dans le barème. Cette
formule estime que la diminution de la latence est surtout importante au départ (une latence
de 2 secondes doit être fortement pénalisée), alors que sa diminution successive n’a que
peu d’impact sur le système. Une latence de plus de 1,98 secondes recevra la note 0. La
pondération est de 3% .
f (Lmoy. ) = log(1 −
4.3
4.3.1
Coûts
Coûts d’entretien
Le prix à payer pour maintenir les usines opérationnelles est un facteur non négligeable. En
supposant qu’au plus 1 système d’unité mobile serait défectueux et à remplacer entièrement
en une année, les coûts s’élèveraient à 10000 $. La disponibilité des pièces est aussi un facteur,
car des pièces devenues désuètes et donc rares peuvent rapidement devenir dispendieuses. De
plus, l’acquisition d’un système de sécurité informatique pour une entreprise est près de 1000$
par année. Si des mises à jour du programme de gestion sont à faire, il est possible que les
coûts montent vers les 5000 $ au maximum. Un total de 16000 $ peut être accordé chaque
année considérant que ce montant est notre limite supérieure pour les dépenses en coûts
d’entretien :
f (CE ) = −6, 67 × 10−5 × CE + 1, 0667
(4.13)
CE représente ici le coût d’entretien total par année dépensé sur le système en entier.
Si des dépenses de 1000 $ ont été faites, la côte sera alors de 1, supérieure à 16000 $, 0.
L’importance de critère correspond à une pondération de 7%, clairement inférieur aux autres
coûts, considérant que ces coûts sont difficiles à évaluer et qu’il est logique d’accorder moins
d’importances aux indicateurs moins fiables.
4.3.2
Coûts initiaux
Le coût initial total est un élément important de ce projet. Une estimation raisonnable
pour l’achat du matériel de l’automatisation de l’usine et du traitement des données est d’au
plus à 100000 $ pour les 10 unités. Le coût du matériel de gestion à la centrale et au stockage
revient au plus à 6000 $ et le coût associé à la programmation du système en entier et des
interfaces se situe au plus à 20000 $. En ce qui à trait aux techniciens, l’évaluation du prix
12
de leurs équipements se situe au maximum à 4000 $. Le total maximum est de 130000 $ pour
le projet en entier. Cette valeur est l’équivalent d’une cote de 0 dans notre barème :
f (CI ) = −1, 54 × 10−5 × CI + 2
(4.14)
CI est le coût initial total. Pour des coûts initiaux inférieurs à 65000 $, la cote de 1 sera
attribuée à ce critère, car c’est la moitié du prix estimé. La pondération de ce critère est de
12%, semblable aux coûts d’entretien, puisque ces coûts sont importants et qu’une solution
située dans le haut de ce barème implique des risques de développement plus élevés.
4.3.3
Coûts d’opérations
Les coûts d’opérations différents d’une solution à l’autre se limitent à la transmission des
données via un réseau informatique si l’on considère le coût associé à la consommation électrique a peu près constant entre les solutions étudiées. La vitesse d’échange de l’information
et la sécurité de celle-ci influence les coûts d’opérations du réseau. Dans le pire des cas, le coût
pour avoir accès à une connexion fiable et rapide est de 1500$ par année. Avoir un système
de communication entre les ressources coûte 3000$ par année. La location de réseau revient
à 2000$ par année. Le barème suivant présente la relation entre le coût idéal et maximum :
f (CO ) = −1.18 × 10−4 × CO + 1.18
(4.15)
Ici, la variable CO est le coût d’opération sur un an. Notre contrainte haute de 6500 $
se voit attribuer la cote 0 tandis que toute valeur inférieure à 1000 $ obtient la valeur de
1. L’importance de critère correspond à une pondération de 12% considérant que ces coûts
reviendront chaque année. Considérant que le système développé est conçu pour durer, il est
logique d’y accorder une pondération aussi importante.
4.4
4.4.1
Sécurité
Résistance aux intrusions dans le système
Ce critère mesure la difficulté de s’introduire dans le système informatique lui-même, soit
le serveur ainsi que la base de données. Il est mesuré suivant le tableau suivant : 0 si la
protection est facilement contournable ; 0.5 si elle est difficilement contournable ; 0,75 si elle
est complexe ; 1 si elle est sécuritaire dans tous les cas de figures.
La pondération associée à la résistance aux intrusions dans le système est de 7% considérant les risques élevés de dommages importants qui seraient produits si une intrusion avait
lieu.
4.4.2
Qualité du cryptage des données
Une négligence au niveau du cryptage des données permettrait à un tiers d’envoyer des
commandes aux unités mobiles comme si elles provenaient d’un technicien ou du système
13
centralisé, ou encore obtenir de l’information confidentielle. Nous observons pour ce critère
un autre barème qualitatif, sur quatre niveau : 0 pour une absence de cryptage ; 0.33 pour
un cryptage désuet ou facilement contournable ; 0.66 s’il est difficilement contournable ; 1 s’il
est virtuellement insurmontable.
Ce critère est pondéré à 5% puisque comme dans le cas des intrusions des dommages
importants pourraient être subis. Toutefois, en cas de dommage, il est plus facile de remédier
à la situation et de connaître quels sous-systèmes semblables sont à risque.
4.5
Fiabilité de la localisation
Puisque les usines de traitement et les techniciens sont mobiles, connaître leur emplacement est nécessaire. Toutefois, connaître leur emplacement avec une trop grande précision
est souvent inutile. Le barème suivant a été développé :
(R − 100)2
(4.16)
10000
R est le rayon d’incertitude concernant l’emplacement réel de l’élément à localiser en
mètre. Une incertitude de plus de 100 mètres sera notée à 0. Une incertitude de moins d’un
mètre sera notée à 1. Ces mesures correspondent respectivement à une mesure très imprécise
et une mesure très précise. Une pondération de 4% a été assignée à ce critère.
f (R) =
4.6
Convivialité des interfaces
Le projet SysCom dépend de plusieurs interfaces homme-machine. Leur convivialité est
essentielle au bon fonctionnement du système. La facilité d’usage des langages de programmation est comptabilisé par ce critère. La convivialité est mesurée qualitativement de la façon
suivante : 0 pour une présentation confuse ou complexe ; 0.33 si l’information est mal présentée
et la manipulation peu intuitive ; 0.66 si l’interface est claire ; 1 si elle est exceptionnellement
limpide.
10% de la pondération a été accordée aux interfaces considérant qu’une grande partie de
la productivité des employés dépend de la facilité qu’ils ont à passer les commandes et à
effectuer d’autres interactions avec des systèmes d’informations.
4.7
Tableau résumé
L’ensemble des barèmes, des critères et des contraintes sont résumées dans le tableau 4.1.
Critères
4.1 Gestion locale de l’unité
4.1.1 Précision de la conv. anal.num. [bits]
Pond.
20%
1%
4.1.2 Nombre de sorties traitables
2%
4.1.3 Nombre d’entrées traitables
4.1.4 Fréqu. de traitement des
données [Hz]
4.1.5 Cap. d’archivage local[Go]
4.1.6 Fréqu. d’envoi de données
[Hz]
4.2 Gestion à distance
4.2.1 Résistance aux pertes de paquets
4.2.2 Cap. d’archivage du serveur
central [Go]
4.2.3 Fiabilité du serveur d’archivage
4.2.4 Bande passante du serveur
central [Kbps]
4.2.5 Latence [s]
4.3 Coûts
4.3.1 Coûts d’entretien [$/anne]
4.3.2 Coûts initiaux [$]
4.3.3 Coûts d’opération [$/anne]
4.4 Sécurité
4.4.1 Résistance aux intrusions
2%
8%
4.4.2 Qualité du cryptage des
données
14
Barème
Min.
0, 38 × log (N − 11)
12
√
√
(D−80)+5×
√
(A−40)+0,3×S
25
√
(D−80)+5×
(A−40)+0,3×S
25
FT −2
248
3%
4%
CL −2
30
FE −60
39940
23%
8%
1 − 10(Tmoy. )
5%
+1
− C49,5
S +33
3%
dispon.−0,9990
0,001
4%
0, 17 × ln(BP ) − 0, 29
3%
31%
7%
12%
12%
12%
7%
5%
log(1 −
Lmoy.
)
2
4%
10%
D=80 ;A=40
2
0,2
+1
−6, 67 × 10−5 × CE + 1, 0667
−1, 54 × 10−5 × CI + 2
−1.18 × 10−4 × CO + 1.18
Facile à contourner : 0
Difficile à contourner : 0.5
Complexe : 0.75
Sécuritaire : 1
Absente : 0
Désuète : 0.33
Difficile : 0.66
Insurmontable : 1
4.5 Fiabilité de la localisation[m]
4.6 Convivialité des interfaces
D=80 ;A=40
(R−100)2
10000
Confus, complexe : 0
Mal présenté : 0.33
Clair, intuitif : 0.66
Limpide, fluide : 1
Tab. 4.1 – Résumé du cahier des charges.
16,5
5
Max.
4.8
15
Maison de la qualité
Pour bien comprendre les relations entre les objectifs et les critères, une maison de la
qualité est ici présentée.
Fig. 4.1 – Maison de la qualité
Chapitre 5
Conceptualisation et analyse de
faisabilité
Maintenant que les besoins du client ont été bien posés et qu’un barème d’évaluation des
solutions a été établit, il est temps de se pencher sur lesdites solutions. Par contre, avant de
proposer une solution globale aux besoins d’Écoloval, nous analysons ici une suite de concepts
de solutions partielles, selon une analyse fonctionnelle de la problématique. Les concepts qui
sont jugés comme viables sont retenus afin d’être intégrés dans les concepts de solutions
globales qui sont présentées au chapitre suivant.
5.1
Diagramme fonctionnel
Le système commandé par Écoloval doit traiter des données en entrée (intrants) afin
de produire d’autres données en sortie (extrants). Le traitement visant à joindre intrants et
extrants est accompli par l’ensemble des fonctions du système. La figure 5.1 est un diagramme
fonctionnel illustrant les relations entre intrants, fonctions et extrants. Les fonctions sont
reliées entre elles par des flèches indiquant la nature de l’information transigeant entre cellesci. À l’intérieur de chaque fonction est encastrée une liste des sous-problèmes composant
la fonction : ce sont ces sous-problèmes que nous cherchons à résoudre via des concepts de
solutions partielles.
5.2
5.2.1
Concepts de solutions
Automatiser l’usine
Tout système moderne se disant issu du SCADA1 nécessite désormais certains outils
afin d’interagir avec le processus d’intérêt (ici, le traitement de la boue organique). Au plus
bas niveau auquel nous nous intéressons, ces interactions sont représentés par des signaux
1
Supervisory Control and Acquisition System
16
CHAPITRE 5. CONCEPTUALISATION ET ANALYSE DE FAISABILITÉ
Données sur
le statut de
l’usine
Commandes
locales
Unités Mobiles
Commandes
Données archivées
Localisation
Statut
Archiver
localement
Permettre l’accès à l’interface aux techniciens
Fournir les fonctionalités de suivis, de
commandes, de demande d’interventions et de
rapports
Système de
localisation
Communication à
distance
Localisation
Localiser les
techniciens et
unités mobiles
Assurer la communication entre les
éléments du système
Demande d’accès
aux archives
Statut
Commandes
à l’usine
Extrants
Base de données
Gérer la base de données
Données archivées
Affichage
local
Commandes
du centre de
gestion
Interface de commandes à
distance
Demande d’accès aux archives
Commandes
Statut
Automatiser
l’usine
Commandes
des
techniciens
Intrants
17
Données
archivées
Archiver des données
Affichage au
centre de
gestion
Affichage
pour les
techniciens
Fig. 5.1 – Diagramme fonctionnel
électriques, soient numériques ou analogiques. Une vaste gamme de choix s’offre encore aux
ingénieurs du 21e siècle en ce qui a trait au traitement de ces signaux, bien que la différence
entre ces systèmes tend à s’amoindrir avec le temps, en raison des fonctionnalités de plus
en plus avancées qui tendent à se chevaucher d’une option à l’autre. Dans la plus pure
tradition du SCADA, il est encore possible de distinguer quatre types généraux de systèmes
de contrôle local : le RTU2 , le PAC3 , l’ordinateur industriel (souvent issu du DCS4 ) et le
le PLC5 citescada. Un représentant typique de chacune de ces catégories sera choisi pour
évaluation.
Les aspects à considérer pour cette évaluation sont facilement visibles de depuis le tableau
5.1.
5.2.1.1
Le ACE3600 de Motorola Solutions
L’accent étant moins mis historiquement sur les capacités de régulation/contrôle, les RTU
ont cependant l’avantage d’offrir nativement des solutions de communication très avancées.
2
Remote Terminal Unit
Programmable Automation Controller
4
Distributed Control System
5
Programmable Logic Controller
3
18
Aspects
Physique
Critères
Contraintes
Nombre d’entrées
≥ 120
Nombre de sorties
≥ 120
Précision de la conversation [bit]
≥ 12
Temporel
Logique de commande [Hz]
≥2
Socio-envir.
Convivialité de l’affichage local
N/A
Convivialité du langage de programmation
N/A
Économique
Coûts [$]
N/A
Tab. 5.1 – Aspects décisionnels du traitement local des signaux analogiques et numériques
Néanmoins, avec l’avancée des microprocesseurs de plus en plus puissants, les RTUs ne sont
désormais plus seulement limités à l’acquisition et au transfert de données ou d’alarmes (ce
qu’on appelle plus communément aujourd’hui des data loggers). Le ACE3600 de Motorola
Solutions est un de ces nouveaux types de RTU. Il possède un processeur Power Quic II de
200 MHz, de la mémoire Flash, de la SDRAM (SRAM optionnelle), et son propre système
d’exploitation temps réel, le VxWorks. Pour ce qui des entrées/sorties, le ACE3600 offre une
conversion analogique vers numérique sur 16 bits et est hautement personnalisable en ce qui
a trait au nombre d’entrées/sorties. Comme il ne peut supporter que 110 signaux en tout,
peu importe leur type, il faudrait au moins 3 RTU initialement, ce qui laisse tout de même
beaucoup d’espace disponible sur chacun pour de futurs ajouts. Comme il s’agit d’un RTU,
il supporte la plupart des protocoles et moyens de communication. Le ACE3600 permet un
affichage local de base mais convenable. Nous estimons le prix à 1000 $ par unité.
Décision : Retenu
Justification : Cette solution respecte tous les critères et contraintes, et ce de manière
plus qu’adéquate. Le coût n’est pas non plus trop élevé, et il se démarque bien des autres
solutions.
Référence : [1, 2]
5.2.1.2
Le UEIPAC 600 de United Electronic Industries
Les PAC sont des systèmes d’architecture hybride entre celle des ordinateurs conventionnels et celle des PLC et microcontrôleurs. Tout comme les RTU, avec lesquels ils ont
beaucoup de similitudes, ils sont capables d’effectuer efficacement des communications dans
une architecture distribuée. Le UEIPAC 600 de United Electronics Industries est un PAC
pouvant supporter 6 étages («racks») où peuvent être mis différents signaux d’entrée ou de
sortie : jusqu’à 150 analogiques ou jusqu’à 288 numériques, ce qui nécessite l’achat d’au moins
deux unités. La conversion analogique vers numérique peut être effectuée de 16 bits jusqu’à
24 bits, dépendamment des modules d’entrées/sorties choisis. Le UEIPAC 600 opère sous
un processeur Freescale MPC5200 de 400 MHz et possède une mémoire interne de 128 MB.
Le produit se vend de base à 1 795 $, ce qui est relativement abordable. United Electronics
Industries est fier du fait que tous les logiciels de développement se rattachant à ses PAC sont
19
open source et sont de fait même originaires en majorité de l’environnement Linux/GNU, ce
qui signifie qu’aucune redevance n’est nécessaire. L’affichage local est inclue.
Décision : Retenu
Justification : Le prix abordable de même que les fonctionnalités qui s’y rattachent conviennent
au projet.
Référence : [3]
5.2.1.3
Le SIMATIC Microbox 427B de Siemens
Les solutions de types DCS tendent à englober beaucoup d’éléments, et se limitent rarement à la simple unité de traitement local. La suite SIMATIC PCS 7, dont est issu le
SIMATIC Microbox 427B, est une de ces solutions très générales. Le SIMATIC Microbox
427B est un ordinateur dit industriel, et est incapable de traiter directement les entrées
analogiques et numériques. Des modules d’entrées/sorties de la suite SIMATIC devront être
rajoutées à cette machine pour la rendre opérable. Les Microbox 427B sont pourvus de processeurs modernes de type Celeron M et Pentium M, d’une carte graphique Intel GMA900
intégrée, de modules RAM pouvant se chiffrer dans les GB, de disques durs de plus de 500
GB, et, évidemment, de plusieurs connections de type USB, PCI et VGA. Le prix indiqué sur
Internet est de 3 445,11 €. Un écran devrait être ajouté afin d’offrir une interface locale, mais
ceci est aisé compte tenu de l’architecture standard et de la carte graphique assez puissante
déjà présente.
Décision : Rejeté
Justification : Le coût très élevé de départ sera gonflé encore plus par des modules externes doivent être rajoutés au produit. De plus, les ordinateurs industriels font rarement
partie de la couche qui interagit directement avec les signaux : leur rôle est habituellement
de coordonner plusieurs machines de plus bas niveau, ce qui ne nous intéresse pas dans un
projet aussi simple que SysCom.
Références : [4, 5, 6]
5.2.1.4
Le AC500-eCo de ABB
Les PLC demeurent de loin la solution la plus utilisée pour l’automatisation des procédés
industriels. Le AC500-eCo est un PLC d’entrée de gamme, mais néanmoins très fiable. Sa
logique de commande interne permet d’effectuer une instruction à chaque microseconde, ce
qui porte sa fréquence 10 000 KHz. Le nombre d’entrées/sorties est configurable au moyen
de modules, mais demeure tout de même limité, ce qui rend nécessaire l’achat de plusieurs
unités. La conversion analogique vers numérique est effectuée sur 12 bits. De la mémoire
non-volatile de type SD peut facilement être rajoutée grâce à plusieurs connections déjà en
place. Un affichage local est présent. Le produit est vendu de base à 393.54 $. Un module
Entrées/Sorties de 16 signaux est vendu à environ 150 $.
Décision : Retenu
Justification : Les PLC offrent des fonctionnalités et un rapport qualité prix très intéressant
pour un projet industriel relativement simple comme le nôtre. De plus, la série eCo d’ABB
20
fut spécialement conçue afin d’offrir le plus de fonctionnalité pour un budget restreint.
Référence : [7, 8, 9]
5.2.1.5
Tableau résumé des différents concepts d’automatiser l’usine
Le tableau 5.2 présente un résumé des différents concepts en lien avec les aspects énoncés
au début de cette sections. La convivialité des langages de programmation ne fut pas abordé
car chaque solution est compatible avec un nombre important de langage (>5), ce qui signifie
qu’il est toujours possible, réalistiquement, d’en trouver au moins un qui convient.
Aspects
Physique Temporel Socio-envir. Économique
ACE3600
Oui
Oui
Oui
Oui
UEIPAC 600
Oui
Oui
Oui
Oui
SIMATIC Microbox 427B
Non
Oui
Oui
Oui
AC500-eCoB
Oui
Oui
Oui
Oui
Tab. 5.2 – Résumé des concepts pour la logique de commande
Options
5.2.2
Décision
Retenu
Retenu
Rejeté
Retenu
Archiver Localement
L’archivage des données localement est une fonction essentielle afin de s’assurer que les
données d’archives ne soient par perdues en cas de coupure des communications à longue distance. Étant donné que l’archivage devra s’effectuer toutes les 500 millisecondes, un support
de stockage à accès rapide avec un débit de transfert et un coût convenable associé à une
capacité de stockage comprise entre 2 Go et 30 Go pouvant contenir les données de l’usine
brutes ou traitées durant un an sera préconisé. Le support de stockage le plus apte à soutenir
le défi de l’archivage des données de l’usine est le stockage de masse dont ces caractéristiques
permettent de lire, d’écrire et de sauvegarder les données. Ainsi, nous proposons 4 solutions :
– Disque dur
– Carte SD
– SSD 6
– EEPROM 7
5.2.2.1
Disque dur
Le disque dur est un périphérique de stockage du type mémoire de masse magnétique. Le
disque dur est composé de disques ou plateaux magnétiques et de têtes de lecture et d’écriture.
Dans un disque dur, les données sont stockées sous forme binaire dans les couches magnétiques
couvertes sur chaque face des plateaux. Les têtes de lecture ou d’enregistrement permettent
6
7
Solid State Drive
Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
21
Aspects
Physique
Temporel
Socio-enviro.
Économique
Critères
Contraintes
Capacité de stockage[Go]
[2 , 32]
Aucun
Absente
Aucun
Absente
Coûts initiaux[$]
< 2000$
Coûts d’entretien[$]
Absente$
Tab. 5.3 – Aspects décisionnels des supports de stockage
d’écrire et de lire les données en code binaire à la surface des plateaux en fonction du courant
électrique entrainé par le mouvement du champ magnétique. Le contrôle des mouvements
des plateaux est géré de façon électronique et de telle sorte que le temps moyen d’accès aux
donnés compris entre 12 et 16 ms soit minimisé. Enfin, la capacité des disques durs varie de
30 Go à 3 To.
Décision : Retenu
Justification : Le disque dur permet un accès rapide aux données malgré une latence
importante mais négligeable par rapport aux besoins du système et la capacité de stockage
de 30 Go est idéale pour l’archivage des données. De plus, nous prendrons un bus SATA8 à
USB9 pour connecter le disque à notre système. Le coût d’un disque dur de 30 Go varie de
25 à 80 dollars, ce qui le rend très abordable.
Référence : [39, 47, 48, 49].
5.2.2.2
Carte SD
La carte SD est un support de stockage qui utilise la technologie de la mémoire flash,
également considérée comme une mémoire de masse qui a les mêmes caractéristiques qu’une
mémoire vive ou RAM 10 sauf que les données ne sont pas volatiles et ne disparaissent pas
lorsque le matériel est mis hors tension.
La carte SD est constituée en grande partie de transistors qui sont utilisés dans la mémoire
flash NAND. Ces transistors sont constitués de deux grilles en silicium : la grille de contrôle
et la grille flottante qui est placée sur un oxyde. L’ensemble de ces composantes repose sur
un substrat constitué de deux électrodes.
Dans une mémoire flash, pour écrire une donnée, une différence de potentiel de l’ordre de 5
V est appliquée entre les deux grilles du transistor. Ceci entraine une écriture de la valeur
binaire selon le sens de la migration des électrons entre la grille flottante et le substrat. La
mesure de la résistance de la grille flottante se fait en appliquant une faible tension dans une
des électrodes et la grille de contrôle permet de lire la valeur binaire « 1 » si le courant passe,
et « 0 » dans le cas contraire.
La carte SD est caractérisée par un débit de lecture variant entre 0.9 Mo/s et 45 Mo/s, une
8
Serial ATA
Universal Serial Bus
10
Mémoire caractérisée par sa rapidité d’accès et sa volatilité entrainant une perte de données dès que
l’alimentation en électricité est rompue.
9
22
capacité de stockage variant entre 4Go et 32 Go en tenant compte de la spécification SDHC 11
et garantit un temps d’accès minime caractéristique à la mémoire flash. Les coûts des cartes
SD varient entre 4 dollars et 50 dollars selon la capacité utilisée.
Décision : Retenu
Justification : La carte SD fournit l’espace de stockage nécessaire à l’archivage, une possibilité accrue d’accèder aux données lors de la lecture et de l’écriture par sa faible latence en
plus de son coût très abordable.
Référence : [40, 42, 43, 56].
5.2.2.3
SSD (Solid State Drive)
Le SSD 12 est un périphérique de stockage qui utilise également la mémoire flash dont les
composantes et le fonctionnement sont semblables à celle de la carte SD (§ 5.2.2.2). De plus,
dans les SSD, c’est la mémoire MLC 13 qui stocke plusieurs bits dans la cellule qui est plus
utilisée par opposition à la mémoire SLC 14 qui stocke un seul bit dans la grille flottante.
Ainsi, la lecture reste très rapide mais ce type de fonctionnement entraine un léger défaut
illustrà par une lenteur lors de l’écriture et de l’effacement de données. Contrairement au
disque dur, le SSD a un temps d’accès très rapide, des performances élevées en lecture et
en écriture de données ainsi qu’une faible consommation électrique et avec un coût qui varie
entre 40 et 350 dollars en moyenne, estimé avec une capacité de stockage comprise entre 8 et
250 Go. Aussi, un bus SATA à USB sera utilisé pour connecter le disque à notre système
Décision : Retenu
Justification : Les performances élevées en lecture et écriture de données du SSD associées
à une consommation électrique minime, une intégrité assurée des données due à la faible
probabilité de perte en cas d’usure et un cout estimé à plus de 75 dollars pour une capacité
de 32 Go témoignent de la recevabilité de cette solution.
Référence : [38, 45, 50, 51, 52, 55].
5.2.2.4
EEPROM
La mémoire flash est une version évoluée de la mémoire EEPROM. Ainsi, les EEPROM
sont des mémoires programmables par l’utilisateur et effaéable électriquement.
Les EEPROMs contiennent des transistors semblables à ceux qui sont utilisés dans la mémoire flash (dont la composition et le fonctionnement sont explicités dans la partie carte
SD 5.2.2.2), ainsi l’écriture et la suppression de donées sont effectuées par bloc de bits. Les
EEPROMs ne sont pas utilisés pour stocker d’importants volumes de données, raison pour
laquelle ils sont employés en général dans les cartes mères, les microcontrôleurs ou les cartes
15
11
SD High-Capacity
Solid State Drive
13
Multi Layer Cell
14
Single Layer Cell
15
Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
12
23
électroniques. Il serait possible d’utiliser le serial EEPROM 24LC515 d’une capacité de 512
Kbits dont le prix est évalué à 15$.
Décision : Ce concept est rejeté.
Justification : Les EEPROMs ne peuvent stocker des informations pouvant atteindre un
volume de l’ordre du gigaoctet. De plus, ils sont caractérisés par un temps d’attente d’accès
élevé, or les données de l’usine devraient être stockées avec une fréquence assez élevée. De
plus, leur durée de vie est limitée car le nombre d’accès en écriture varie de 100000 à 1000000
fois. Ce concept ne sera pas retenu même si le coût des EEPROMs est très faible.
Référence : [44, 46, 53, 54].
5.2.2.5
Tableau résumé des différentes solutions pour l’archivage local
Le tableau 5.4 constitue le résumé des options avec les aspects énoncés au début de cette
section.
Aspects
Disque dur
Oui
Oui
Oui
N/A
Carte SD
Oui
Oui
Oui
N/A
SSD
Oui
Oui
Oui
N/A
EEPROM
Non
Oui
Non
N/A
Tab. 5.4 – Tableau résumé des concepts pour l’archivage
Options
5.2.3
Décision
Retenu
Retenu
Retenu
Rejeté
Permettre l’accès l’interface aux techniciens
Le technicien doit avoir un système qui permet de consulter les données transmises des
usines et les requêtes de la centrale. Pour accomplir ces tâches, la machine doit être fonctionnelle durant toute une journée de travail. Elle doit être portable et conviviale. La considération
budgétaire y inclut le coût initial et les coûts de réparations.
Les options disponibles pour accomplir ce travail se divisent en trois : l’ordinateur portable, le téléphone intelligent et l’ordinateur de bord. Dans les trois cas, chacune des solutions
est rechargeable du véhicule des techniciens.
Le tableau 5.5 met en relation les aspects et les critères établis pour l’interface aux
techniciens.
5.2.3.1
L’ordinateur portable
L’ordinateur portable est considéré comme un choix très polyvalent, car il n’a aucun problème de compatibilité et est facilement transportable. Son avantage sur les autres concepts
est son grand écran de 15 pouces et son clavier, le rendant très convivial. Son coût est de 300
à 500 $. Les pièces de rechange seront disponibles après l’achat, dû à la grande production du
24
Aspects
Critères
Contraintes
Physique
N/A
N/A
Temporel
N/A
N/A
Socio-enviro. Convivialité
N/A
Économique
Coûts[$]
N/A
Tab. 5.5 – Aspects décisionnels de la localisation pour les modules d’interface aux techniciens
modèle choisi. Des supports afin de permettre une utilisation aisée à l’intérieur de n’importe
quel véhicule sont disponibles pour environ 200 $. Le désavantage principal de l’ordinateur
portable est l’absence de connexion à un réseau téléphonique incluse. Il est possible de remédier à ce problème en ajoutant un module de communication sans fil et un logiciel de
communication, comme Unite de Comodo.
Décision : Retenu
Justification : Il possède tous les atouts des critères, que ce soit le prix ou la convivialité,
mais la méthode de communication n’est pas incluse directement dans la machine.
Référence :[61, 69, 70]
5.2.3.2
L’ordinateur de bord
Ce récent modèle d’ordinateur ressemble à un ordinateur portable qui est monté sur un
réceptacle, à la manière d’un GPS. L’écran fait au maximum 10 pouces et le clavier est en
extra, car l’écran est souvent tactile. La communication sans fil pour les voies téléphoniques
est déjà intégrée, car ces ordinateurs sont conçus pour les entreprises en ayant besoin. La
compatibilité est moindre qu’un ordinateur classique, puisque le système d’exploitation est
souvent celui d’un appareil mobile. Les coûts initiaux de la machine sont de 2000 à 5000 $
et les pièces de remplacement sont uniques à la compagnie.
Décision : Retenu Mais
Justification : Ce système est conçu pour ce genre de besoins. La convivialité est présente,
mais il est dispendieux pour ce qu’il accomplie.
Référence :[62, 63, 64, 65, 66]
5.2.3.3
Le téléphone intelligent
Cette technologie est le croisement entre un ordinateur et un téléphone, d’où l’avantage
d’avoir une communication cellulaire intégrée et la puissance d’un ordinateur. L’avantage,
c’est que le technicien peut le transporter partout avec lui. Par contre, le prix pour ce petit
appareil est de 250 à 500 $, et ne possède ni grand écran, ni clavier. De plus, les applications
de téléphones portables ne sont pas toutes compatibles.
Décision : Retenu
Justification : Ce système est convivial, mais très petit comparativement aux deux autres
options. La lecture est peut-être moins optimale sur une petite interface où il est nécessaire
25
de consulter des rapports et des tableaux de données. Son prix se situe dans un intervalle
raisonnable.
Référence :[67, 68]
5.2.3.4
Tableau résumé des différents module d’interface aux techniciens
Le tableau 5.6 constitue le résumé des options avec les aspects énoncés au début de cette
sections.
Aspects
Physique Temporel Économique Socio-Envir.
Ordinateur portable
N/A
N/A
Oui
Oui
Ordinateur de bord
N/A
N/A
Oui, mais
Oui
Téléphone intelligent
N/A
N/A
Oui
Oui
Tab. 5.6 – Résumé des concepts pour les modules d’interface aux
ciens
Options
5.2.4
Décision
Retenu
Retenu, mais
Retenu
techni-
Fournir les fonctionnalités d’interface
Écoloval demande une solution d’interface permettant la visualisation du statut de ses
unités mobiles ainsi que l’envoi de commandes à distance. Cette section explore plusieurs
pistes de solutions pour répondre à ce besoin. Si des fonctionnalités permettant l’envoi de
demandes d’intervention et de rédaction de rapport sont incluses dans la solution, elles seront
également mentionnées. Par contre, puisque ces besoins peuvent potentiellement être comblés
par d’autres fonctions du système, ces fonctionnalités ne sont pas considérées comme essentielles du système d’interface. L’interface est supportée par un ordinateur de bureau standard.
Nous proposons le modèle Compaq 6005 PRO de HP, dont les performances remplissent les
exigences du logiciel VTS présenté plus bas [15]. Son prix d’achat est de 589$. VTS étant
le logiciel le plus lourd et complet que nous présentons, le modèle proposé répondra aux
exigences de tous les autres systèmes. Le prix du poste de travail doit être ajouté au prix
estimé pour chaque concept.
Les solutions seront évaluées selon les critères suivants.
Aspects
Physique
Temporel
Socio-envir.
Critères
Contraintes
Compatibilité avec le matériel
N/A
N/A
N/A
Fonctionnalités
N/A
Facilité d’utilisation
N/A
Économique
Coûts [$]
N/A
Tab. 5.7 – Aspects décisionnels du logiciel d’interface
5.2.4.1
26
Licence VTS pour 5000 tags avec option Internet Client
Le logiciel de gestion de systèmes SCADA VTS16 , développé par Trihedral, permet la
création d’interfaces graphiques simplement et sans programmation. VTS inclue également
la gestion des alarmes automatisées, la gestion des bases de données, une compatibilité directe
avec la majorité des RTU et PLC du marché, la sécurisation des opérations et la génération de
rapport. L’accès à l’interface par les techniciens peut se faire via le package optionnel Internet
Client, qui permet d’utiliser VTS comme une application web. Finalement, Internet Client
permet à l’administrateur de communiquer en temps réel avec tous les clients connectés, une
fonctionnalité permettant à Écoloval d’envoyer des demandes d’intervention à ces techniciens.
Le prix d’une license VTS dépend du nombre de "tags" utilisés dans l’application.Un tag
peut être plusieurs choses, notamment une entrée, une sortie, un widget dans une interface
graphique, etc. Le système complet d’Écoloval sera composé de 400 entrées analogiques, 400
entrées numériques et autant de sorties, pour un minimum de 1600 tags. Suivant ce calcul,
nous estimons que la plus petite licence au dessus de 1600 tags sera suffisante, à savoir 5000.
Une telle licence est vendue à 3 000$, plus 23 165 pour les licences Internet Client nécessaires
aux techniciens et aux unités mobiles, pour un total à l’achat de 26 165$. Nous estimons le
temps de configuration à 120 heures et le salaire horaire d’un programmeur informatique à
28$ l’heure, pour un coût de configuration total de 3360 $. Le coût total initial est donc de
29 525$.
VTS est compatible seulement avec les systèmes d’exploitations de Microsoft. Trihedral
propose un soutient technique 24/7 pour un an pour 15% du prix des licences, soit 1392$/an.
Pour l’entretien du système, nous prévoyons des coûts de l’ordre de 10% du coût de main
d’œuvre initial, soit 168$ par année. Le total des coûts d’entretien est donc de 1728$.
Décision : Retenu
Justification : VTS offre toutes les fonctionnalités demandées, et même d’avantage. Notons
cependant que le modèle de licences proposé par Trihedral est désavantageux pour Écoloval,
qui doit acheter plusieurs licences onéreuses pour son système de modeste envergure.
Références : [16, 17, 18, 28]
5.2.4.2
Suite OPC systems.net
La suite logicielle d’OPC systems.net permet la création d’applications graphiques pour
systèmes SCADA. Chaque élément de la suite peut être acheté séparément, ce qui permet
l’élaboration d’une solution optimale pour les besoins d’Écoloval. En raison de la forte décentralisation de son système SCADA, Écoloval a tout intérêt à adopter une solution basée sur
une application web. Les modules OPC WEB HMI.net, OPC Web Trend.net et OPC Web
Alarm.net permettent la réalisation d’applications web en toute simplicité, incluant visualisation des tendances et alarmes en cas de problème, sans aucune programmation nécessaire.
OPC Database.net permet de synchroniser le système OPC avec une base de donnée SQL,
Oracle ou Access. Finalement, OPC report.net permet la génération automatique de rapports
sur demande.
16
Visual Tag System
27
L’option d’application web basée sur la suite OPC est attrayante, car un nombre illimité
de clients peuvent se connecter à l’application avec une seule licence. Le coût d’achat d’une
licence de 2500 tags pour les 5 fonctionnalités mentionnées est de 2 995$.Puisque la suite
OPC n’est pas un logiciel prêt-à-usage, mais une suite de développement, nous estimons que
la configuration du système prendra plus de temps qu’avec VTS, disons 200 heures Au même
tarif que précédemment, nous obtenons des coûts de configuration de 5 600$, pour un total
de 8595$. Une maintenance logicielle, permettant l’extension du service à moindre coût ou
l’échange de fonctionnalités, peut être obtenue pour 20% du prix d’achat, soit 450$/an. Pour
le maintient du système, nous prévoyons encore une fois 10% du coût de configuration initial,
soit 560$.
Les applications produites avec la suite OPC sont compatibles avec les systèmes d’exploitation de Microsoft.
Décision : Retenu
Justification : OPC offre une solution sur mesure répondant à l’ensemble des besoins en
matière d’interface avec un modèle de licences avantageux pour Écoloval.
Références : [20, 21, 22, 23, 24, 25, 28]
5.2.4.3
Mango M2M
Mango M2M est un logiciel open source pour la réception et l’affichage de données dans un
système SCADA. Mango utilise les technologies Ajax pour offrir des interfaces pouvant être
accédées sur le web. Il s’interface avec un grand nombre de protocoles l’industrie et utilise le
protocole de sécurité SSL17 dans ses transferts de données. Mango peut être intégré à une base
de données Derby ou communiquer avec n’importe quelle autre base de données SQL. Nous
estimons que 160 heures seront nécessaires à la configuration, considérant qu’il s’agit d’un
logiciel pré-monté, comme VTS, mais qui bénéficie pas du service d’aide à la configuration
proposé par les solutions commerciales. Avec le salaire horaire discuté précédemment, cela
nous donne 4480$ pour la mise en place du système. Le soutient à long terme d’un système
open source demande plus de ressource qu’une solution commerciale, car il faut gérer les
mises à jours à l’interne et régler tous les problèmes pouvant survenir à l’interne également.
C’est pour cela que notre estimation des frais relatifs à l’entretien du système augmente à
15% du coût initial, pour des coûts d’entretiens de 672$ par année.
Mango est compatible avec les systèmes d’exploitation de Microsoft ainsi que Linux.
Décision : Retenu
Justification : Mango est compatible avec tous les automates disponibles sur le marché
tout en étant libre de licence, le rendant peu dispendieux.
Référence : [26]
5.2.4.4
Développement indépendant avec Ajax
Les applications web traditionnelles présentent le problème de devoir être rechargées en
entier au moindre changement sur la page. Cette caractéristique n’est pas souhaitable pour
17
Secure Socket Layer
28
l’usager, ni pour le serveur web soutenant l’information(la génération continuelle de nouvelles
pages web cause une utilisation abusive de bande passante). Les applications utilisant Ajax,
un ensemble de technologies incluant l’HTML, l’XML et le Javascript, peuvent rafraîchir
seulement quelques éléments de la page, permettant à l’application de se comporter d’avantage comme une application de bureau. Une telle application web riche nous semble nécessaire
au suivit en temps réel demandé à une interface de système SCADA.
Le développement de novo d’un logiciel d’interface pour un système complexe comme
un SCADA est une entreprise ardue. Il faut, outre coder l’affichage graphique en tant que
tel, prévoir la communication avec les bases de données et les unités mobiles, s’assurer de
la sécurité des connexions, etc. En supposant qu’un tel logiciel puisse être conçu, codé et
testé en 3 mois par une équipe de 8 développeurs (Il s’agit à notre sens de ressources et de
délais absolument minimums), le coût de développement d’une telle interface s’élèverait à :
28$
40h
× heure×employ
× 4employs = 107520$. Cette somme représenterait plus
12semaines × semaine
de la moitié du projet complet selon les estimés du cahier des charges. Il devient donc évident
que le concept n’est pas viable selon l’aspect économique.
Par contre, même si le développement d’un système complet est rejeté, il peut être nécessaire de compléter une autre offre par du développement indépendant afin de remplir
exactement les besoins d’Écoloval. L’idée de développement indépendant n’est donc pas entièrement écartée, mais reste un choix de dernier recours.
Décision : Retenu, mais
Justification : Le développement de novo d’un système complet serait trop coûteux, mais
il peut s’avérer nécessaire de compléter les fonctionnalités d’un autre système avec du développement indépendant.
Référence : [27, 28]
5.2.4.5
Tableau résumé des différents solution pour d’interface
Le tableau 5.8 présente un résumé des différents concepts
Aspects
VTS
Oui
N/A
Oui
Oui
Suite OPC
Oui
N/A
Oui
Oui
Mango M2M
Oui
N/A
Oui
Oui
Développement
Oui
N/A
Oui
Oui,mais
Tab. 5.8 – Résumé des concepts pour l’interface
Options
5.2.5
Décision
Retenu
Retenu
Retenu
Retenu, mais
Localiser les techniciens et unités mobiles
Tous les éléments mobiles à localiser étant de même nature, en l’occurrence des véhicules
routiers, la solution proposée pour la localisation peut sans problème être uniforme. Sauf
29
pour les GPS18 , l’offre pour les systèmes de localisations de flottes commerciales est très peu
diversifiée, ce qui est représenté par les solutions proposées. Malgré leurs récentes avancées, les
MEMS19 et autres systèmes intertiels (fonctionnant par exemple sur la base d’un gyroscope)
ne furent pas considérés en raison de leurs coûts élevées et de leur intérêt principal qui se situe
dans les zones où les GPS ne peuvent fournir une localisation précise (tunnels, environnement
urbains, etc.), ce qui n’est pas le cas de notre situation. De plus, ces systèmes intertiels, en
raison de leur très faible précision, ne peuvent opérer seuls, et ont besoin d’un système de
localisation secondaire pour corriger les nombreuses erreurs qui autrement s’accumuleraient
et deviendraient très importantes après quelques kilomètres [10].
Le tableau 5.9 présente les différents aspects pour la fonction de localisation.
Aspects
Critères
Contraintes
Physique
Précision de la localisation[m]
N/A
Temporel
N/A
N/A
Socio-enviro.
N/A
N/A
Économique
Coûts [$]
N/A
Tab. 5.9 – Aspects décisionnels de la localisation
5.2.5.1
Le Fleet Manager 300 Communicator
CDWare est un des distributeurs de cet ordinateur de bord destiné à la gestion de flottes
commerciales. Cet ordinateur effectue le positionnement du véhicule grâce à un récepteur GPS
et transmet les coordonnées à partir d’un modem internet intégré. Les données transmises ne
se limitent pas à seulement aux coordonnées : le FM300 Communicator permet l’enregistrement d’évènements personnalisés et des infractions au code de la route ; des alarmes sonores
peuvent également être activées à ces moments. Un clavier et un casque d’écoute (inclus de
base) permettent au conducteur du véhicule de communiquer directement avec les opérateurs
du centre de contrôle. Un logiciel, le Fleet Manager Professional 8, est fourni à ces opérateurs
afin d’aider à la gestion à distance : le suivi en temps réel peut être effectué à l’aide d’une
interface. Le prix est de 15 000 $ pour l’interface elle-même et de 350 $ par GPS, qui doivent
se retrouver dans chaque véhicule.
Décision : Retenu
Justification : Ce concept inclut plusieurs éléments que nous n’avions pas même considérer
comme possible ou envisageable. Ce concept englobe le plus de fonctionnalités qui sont très
intéressantes pour le projet actuel.
Référence : [11]
18
19
Global Positioning System
Microelectromechanical systems
5.2.5.2
30
Le système de gestion PosiTrace
Global Fleet Management est la compagnie qui offre ce service. Elle permet de choisir
entre deux offres différentes, qui offrent sensiblement les mêmes fonctionnalités. Peu d’information est disponible sur le module GPS lui-même, mais le dispositif serait très discret et
communiquerait au centre de contrôle par les réseaux cellulaires. Un suivi depuis une interface (celle de Google maps) est possible, de même que des rapports détaillés sur le trajet. Un
accès direct au moteur est même possible, dans le cas d’un vol ou d’un véhicule qui ne roulerait pas mais dont le moteur resterait en marche. La solution premium, pour sa part, permet
entre autres une communication directe avec le conducteur. Global Fleet Management assure
qu’un tel suivi permet des économies de carburant énormes.
Décision : Retenu
Justification : Ce concept offre des fonctionnalités intéressantes et pertinentes pour le projet tout en respectant les besoins du client.
Références : [12, 13]
5.2.5.3
Solution GPS standard/carte routière + téléphone cellulaire/interface
du technicien
La solution proposée ici est de prendre un système GPS tel qu’on peut trouver dans
n’importe quelle chaîne (à environ 200$), à l’opposé des solutions précédentes un peu plus
complexe, ou de prendre une simple carte routière, si le conducteur en question se sent
suffisamment habile, et de combiner cela à une communication active des éléments sur les
terrains, par les moyens qu’ils ont à leur disposition. Comme la précision de la localisation
n’est pas très importante, la position n’a pas à être rafraichie très souvent. Cette solution
devrait entraîner des coûts minimaux et néanmoins convenir aux exigences, mais la charge de
responsabilités posée sur les conducteurs est très grande, et des failles humaines pourraient
entraîner une non-conformité aux exigences, la fiabilité humaine et matérielle n’étant pas du
tout la même.
Décision : Retenu
Justification : Ce concept peut sembler minimaliste, mais il répond en théorie à tous les
besoins du client. Nous sommes conscients que l’évaluation des critères autre que le coût est
très faible.
Référence : [14]
5.2.5.4
Tableau résumé des différentes solutions pour localiser les techniciens et
unités mobiles
Le tableau 5.10 présente un résumé des différents concepts en lien avec les aspects énoncés
au début de cette sections.
Aspects
Physique Temporel Socio-envir.
Fleet Manager 300 Communicator
Oui
N/A
N/A
PosiTrace
Oui
N/A
N/A
GPS standard routier
Oui
N/A
N/A
Tab. 5.10 – Résumé des concepts pour la localisation
Options
5.2.6
Économique
Oui
Oui
Oui
31
Décision
Retenu
Retenu
Retenu
Assurer la communication entre les éléments du système
Étant donné que les unités mobiles et les techniciens ne restent pas à des endroits fixes,
assurer une communication fiable et rapide est un défi de taille. Plusieurs concepts ont été
étudiés, lesquels sont présentés ici. Les critères à considérer sont dans le tableau suivant.
Aspects
Critères
Contraintes
Physique
Résistance de perte de paquets N/A
Temporel
Temps de latence[s]
≤5
Socio-enviro.
Sécurité
N/A
Économique
Coûts[$]
N/A
Tab. 5.11 – Aspects décisionnels de la communication entre les éléments
du système
5.2.6.1
Communication par internet à travers le réseau cellulaire 3G avec TCP/IP
et logiciel de sécurité
Le réseau cellulaire est un réseau de plusieurs cellules communicant par ondes radios à
différents transmetteurs portables. La même plage de fréquence est réutilisée pour les cellules
non-adjacentes. L’ensemble des territoires près des centres urbains est couvert par le réseau de
troisième génération (3G). Comme les infrastructures sont déjà implantés, il est avantageux
de les utiliser. Ce réseau permet un accès internet rapide, ce qui permettrait d’accéder à
l’usine à partir de différents terminaux.
Le protocole TCP (Transmission Control Protocol ) divise les flux d’information en segments. Il s’agit d’un protocole relativement complexe capable d’assurer une fiabilité realtive
des données et de renvoyer les données qui ont été corrompues au prix d’une latence plus élevée au prix d’un coût de bande-passante plus élevé. TCP a été optimisé pour les connexions
câblés. Alors que TCP considère que les pertes proviennent toutes de congestion, le réseau
cellulaire perd certaines données dues aux effets radios. Des mesures inadaptés sont alors
prises causant le lien radio a être sous-utilisé. Il est possible d’utiliser le Radio Link Protocol,
afin des réduire la perte de paquet jusqu’à 0,01%.
Au niveau de la sécurité, le protocole TCP n’est pas sécuritaire en lui-même alors un
logiciel de sécurité doit être utilisé indépendamment. L’utilisation de OpenVPN, un logiciel
32
multiplatforme qui utilise un protocole de sécurité unique compatible avec les protocoles
de transports TCP et UDP, permet d’éviter que les informations soient récupérés par un
tiers-parti et réduit les risques d’intrusions considérablement.
L’émetteur récepteur coûte 175 $ par unité. La facturation dépend de l’utilisation de
bande-passante et est de 2 ¢ par Mo utilisé.
Décision : Retenu
Justification : Le protocole Radio Link Protocol sera utilisé puisqu’il permet de réduire
les pertes de paquets et TCP est un protocole fiable. Le temps de latence du réseau 3G est
faible. Le niveau de sécurité une fois le logiciel de sécurité implanté est bon. Les coûts sont
raisonnables. Le concept répond donc à tous les critères.
Références : [77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 91, 87, 92]
5.2.6.2
Communication par internet satellite avec UDP/IP
L’accès internet par satellite fonctionne de manière semblable à l’accès au réseau cellulaire,
à la différence qu’au lieu d’une antenne on utilise un satellite en orbite basse. L’avantage d’une
telle méthode est qu’elle est accessible à peu près partout. Considérant la grande distance
que le signal a à parcourir, il est inévitable de se retrouver avec une latence plus élevée.
Dans les bandes de fréquences plus élevée, la pluie et l’humidité peuvent perturber le signal.
Pour réduire les pertes de connexion, il faut maximiser la grosseur du réflecteur parabolique
qui capte le signal en provenance du satellite. Il faut aussi s’assurer qu’aucun obstacle ne
se trouve entre le satellite et le récepteur. Il est possible d’utiliser un modem portable pour
communiquer avec le satellite mais ceux-ci sont coûteux.
Le protocole UDP (Transmission Control Protocol ) est un protocole conçu pour être
simple et sans préoccupation pour la fiabilité et l’ordre des données, ce qui le rend plus
rapide. Considérant que TCP est optimisé pour les connexions câblés, une approche qui vaut
la peine d’être considérer est d’utiliser un protocole qui ne gère absolument pas la congestion
plutôt que de mal la gérer. Il est alors possible d’utiliser uniquement le RLP pour réduire la
perte de paquets.
Comme le protocole TCP, le protocole UDP n’est pas sécuritaire en lui-même. OpenVPN
est disponible pour ce protocole et il s’agit d’une solution adaptée. La description de ce logiciel
est présenté précédemment(§ 5.2.6.1). L’émetteur/récepteur coûte environ 1000$ pour les
unités mobiles de traitement et 75$ pour l’installation. Pour les techniciens qui ne peuvent
se permettre de déplacer une antenne parabolique sur le toit de leur voiture, des modems
portables sont disponibles aux coûts de 3000 $ par unité. Le coût d’opération est fourni par
le fournisseur et correspond à près de 120 $ par mois donc près de 1500$ par an (arrondi à
la hausse de puis 1440).
Décision : Retenu mais
Justification : Le concept répond à toutes les contraintes si le protocole RLP est utilisé
en plus de UDP pour réduire la perte de paquet, autrement il y aurait trop de pertes pour
être correctemetn utilisable. Les coûts sont élevés mais encore acceptables. La latence peut
être élevée mais le concept répond quand même à la contrainte. La sécurité avec logiciel est
bonne.
33
Références : [83, 80, 84, 85, 90, 87, 93]
5.2.6.3
Ligne téléphonique par ligne commutée
Historiquement, les systèmes de commandes à distances ont commencé par communiquer
par des lignes téléphoniques à travers un réseau analogique. Aujourd’hui, toutefois, les lignes
sont numériques hormis très localement, assurant ainsi une plus grande sécurité. Il peut
être considéré que dans les milieux environnants les centre urbains des lignes téléphoniques
soient disponibles. Il n’est toutefois pas possible de supposer un accès à internet DSL (Digital
Suscriber Line) qu’il serait possible de rembourser au propriétaire. Comme les unités sont
mobiles et seront amenés à changer de place régulièrement, la connexion devra être de type
ligne commutée (Dial up). Une ligne téléphonique est la seule infrastructure nécessaire pour
ce type de connexion. Le problème majeur de ce type de communication est sa lenteur.
Souvent, la durée de connexion est limitée et demande une reconnexion, ce qui peut prendre
quelques secondes. Cela peut être problématique si ce moment arrive lors de l’envoi d’une
commande. Par contre, son coût de bande-passante est très faible, parfois même gratuit.
Au niveau de la sécurité, la protection est assurée une fois le signal converti au niveau
digital et est très difficile à décoder, même si c’est possible compte tenu de la nature répétitive
de l’envoi de données. Il s’agit toutefois d’un réseau difficile d’accès qui peut être considéré de
sécurité suffisante si les données sont cryptées. Le niveau de sécurité est plus bas au niveau
local puisque les données y sont analogiques alors les installations devront être protégés contre
les intrusions. À ce niveau, la protection contre les intrus empêche aussi le vandalisme des
installations.
Décision : Refusé
Justification : Si la sécurité, la résistance aux pertes et les coûts répondent aux besoins,
ce n’est pas le cas de la latence qui est trop élevée pour respecter la contrainte temporelle
reliée.
5.2.6.4
Tableau résumé de différentes solutions pour assurer la communication
entre les éléments du système
Les solutions envisagés et refusés se trouvent dans le tableau suivant :
Aspects
Physique Temporel Économique Socio-envir.
Réseau 3G, TCP/IP + logiciel
Oui
Oui
Oui
Oui
Satellite et UDP/IP + logiciel Oui, mais
Oui
Oui
Oui
Ligne commutée
Oui
Non
Oui
Oui
Tab. 5.12 – Résumé des concepts pour la communication
Options
Décision
Retenu
Retenu, mais
Rejeté
5.2.7
34
Archiver des données
Le serveur d’archivage est une partie du système relativement importante car sans celuici, il nous est impossible de conserver les données traitées par le système embarqué. C’est
dans cette optique que nous lui avons accordé une pondération de 5%. Il a été démontré
plus tôt que la capacité minimale acceptée sera de 16,5 Go. En addition à cela, la vitesse de
requête et la sécurité de l’entreposage des données seront prises en compte. Il ne faut pas
oublier que la capacité de stockage devra augmenter avec la vitesse des requêtes du système.
Le serveur est mis en place dans le but de conserver les données pour que les techniciens
puissent vérifier et réparer le système quand la nécessité se présente. Bien sûr, les données
seront aussi disponibles à l’usine et à l’unité mobile. Pour assurer la fiabilité du serveur, nous
aurons besoin des technologies RAID 1, 5 et 6. Dans notre cas, n’importe quelle de ces techniques seront acceptées puisse qu’elles sont toutes assez fiables pour le système demandé. Les
aspects physiques et économiques seront évalués dans cette section. Pour le critère physique,
il faudra que le minimum accepté pour la capacité du disque dur soit le double de la capacité
minimale nécessaire, soit 33 Go. De plus, pour une question de sécurité, notre système devra
être fonctionnel et ne pas subir de perte de données avec la panne d’un disque. Pour le critère
économique, nous devons seulement minimiser les coûts. Sans se donner de limite, il est juste
de refuser un concept si le coût n’est pas compétitif. Un résumé des aspects se trouve dans
le tableau 5.13.
Aspects
Physique
Critères
Contraintes
Capacité de stockage [Go]
≥ 33
Fréquence de requêtes [Hz]
≥ 0, 2
Espace d’installation
N/A
Temporel
N/A
N/A
Socio-envir.
N/A
N/A
Économique
Coûts [$]
N/A
Tab. 5.13 – Aspects décisionnels d’archiver les données
5.2.7.1
Location d’espace sur un serveur
Une des solutions possibles est de louer un espace virtuel avec une compagnie spécialisée
dans l’entreposage dans le cloud (entreposage de données sur un serveur distant). Pour cette
solution, nous sommes allés avec la compagnie Rackspace Hosting. Cette compagnie internationale a des serveurs partout dans le monde et offre plusieurs solutions d’entreposage sur des
serveurs virtuels. Entre autres, il offre le choix de la capacité et de la puissance du serveur.
L’option choisie sera celle avec 2 Go de mémoire vive et 80 Go de disque dur en RAID 10. Du
côté sécurité, la compagnie assure que les données seront disponibles dans 100% des requêtes
et que si le besoin de maintenance dû au changement d’un serveur en fin de vie, la compagnie
nous avertira 24h à l’avance. Sinon, il y a des techniciens 24h/24 tous les jours de l’année
35
pour s’occuper des problèmes potentiels. Pour ce qui est des coûts associés à la location d’un
tel serveur, un calculateur sur le site donne la possibilité de les estimer. Avec 16 ¢ par heure
de service, les licences de logiciels et une moyenne de 4 Go de bande passante sortante, les
coûts sont de 88,30$ par mois. Un estimé sur un an donne 1059,60$.
Décision : Retenu
Justification : Sur le point de vue économique, il est juste de dire que cette solution est
bonne puisse qu’elle demande aucune maintenance et le prix est relativement bas. Ensuite,
du point de vue physique, ce serveur ne prend aucun espace dans les bureaux d’ÉcoloVal.
Nous n’avons pas à se soucier de la capacité d’archivage puisqu’elle est très suffisante et la
sécurité semble satisfaisante, puisque 100% des requêtes aboutiront correctement.
5.2.7.2
Serveur à cabinet
Le serveur à cabinet que nous avons choisi est le Dell PowerEdge R410. Ce serveur a
été monté sur le site de Dell avec les spécifications approximatives requises. Ce serveur a
été monté avec un processeur Xeon de 2,4 MHz et une mémoire vive de 12 Go pour avoir
une bonne puissance de calcul et traiter les données rapidement. En addition, la technologie
RAID 5 a été choisie pour répondre à l’aspect sécurité. Nous avons mis trois disques durs
HHD de 300 Go chaque. 300 Go est le minimum disponible sur le site de Dell et la technologie
RAID 5 stipule que nous devons avoir plusieurs disques durs pour être fonctionnelles. Dans
ces conditions, le coût d’un serveur à cabinet comme ce Dell est d’environ 6554$ selon l’estimé
du site de la même marque. En plus de cela, le but d’avoir des serveurs à cabinet est de faire
un projet d’envergure avec plusieurs serveurs à cabinet montés en parallèle et idéalement dans
une pièce servant uniquement à cet effet. Cette pièce est nécessaire puisque ces serveurs sont
petits et puissants, ils créent donc beaucoup de chaleur. Avec quelques-uns de ces modules
dans la même pièce, il devient obligatoire d’avoir un bon système de ventilation. Il faudrait
dans ce cas, dédier une pièce entière à ce concept
Si on résume, sur le plan physique, ce serveur est très puissant, l’espace de stockage est
amplement suffisant et la sécurité est assurée avec la technologie RAID 5. Par contre, pour
un projet comme ÉcoloVal l’espace requis pour implanter un tel système est trop grand et
fera gonfler le prix inutilement.
Décision : Rejeté
Justification : Sur les aspects physiques, cette solution prend trop de place, mais répond
largement à nos besoins. De toute évidence, le prix d’un module comme celui-ci est très grand
puisque qu’une pièce aménagé pour des serveurs à cabinets est très sophistiqué.
5.2.7.3
Serveur en tour
Pour ce qui est du serveur en tour, le ProLiant ML370 G6 de HP a été considéré. Selon les
estimations établies sur le site de HP, ce serveur coûterait environ 5314$ avec les configurations désirées. Pour bien répondre à nos besoins, nous avons placé un processeur Xeon de 1,60
36
kHz et une mémoire vive de 8 Go. Ces spécifications sont jugées adéquates pour répondre
à la vitesse d’exécution de notre serveur. En plus de cela, nous avons installé trois disques
durs SAS de 72 Go chaque en mode RAID 5 pour rendre notre système le plus sécuritaire et
fiable possible. Il faut dire que les serveurs en tour sont faits pour des projets de plus petite
envergure que ceux à cabinet, car ils sont tout à fait autonomes et indépendants. Ces serveurs
ne nécessitent pas d’emplacement d’entreposage précis, puisque chaque unité est tempérée
adéquatement et est bien protégée. Par contre, si le besoin d’expansion de la compagnie se
présente, il faudra racheter un serveur semblable à ce dernier et qui sera lui aussi autonome.
Décision : Retenu
Justification : Pour ce qui est de l’aspect économique, ce serveur semble avoir un prix
raisonnable. Aussi, il répond parfaitement au besoin physique précisé plus haut, car il est
puissant et petit, sans être inutilement trop performant.
Référence : [36]
5.2.7.4
Tableau résumé pour les serveurs d’archivage
Le tableau 5.14 montre le résumer des aspects évalués plus tôt dans cette section.
Aspects
Décision
Serveur loué
Oui
N/A
N/A
Oui
Retenu
Serveur à cabinet
Oui
N/A
N/A
Non
Rejeté
Serveur en tour
Oui
N/A
N/A
Oui
Retenu
Tab. 5.14 – Résumé des concepts pour le archiver les données
Options
5.2.8
Gérer la base de donnée
Les données envoyées par les unités mobiles et stockées sur le serveur forment une base
de données devant être gérée. Il est nécessaire de pouvoir trouver facilement une donnée
particulière pour la consulter rapidement, de s’assurer du maintien de l’intégrité des données
et de sécuriser l’accès à la base de données. De nombreux systèmes existent déjà pour effectuer
un tel travail. Nous allons ici en évaluer trois.
Les solutions proposées seront évaluées selon les critères suivants :
Aspects
Critères
Contraintes
Physique
N/A
N/A
Temporel
N/A
N/A
Socio-envir. Fonctionnalités
N/A
Économique
Coûts
N/A
Tab. 5.15 – Aspects décisionnels de la gestion de base de donnée
5.2.8.1
37
SQL server Standard
SQL server est un logiciel de gestion de base de données développé par Microsoft. Ces fonctionnalités sont assez classiques pour un système de gestion de bases de données. SQL server
permet d’archiver une importante quantité de données, de les manipuler, de les consulter et
de les modifier. Le système traite la complexité de telles opérations et permet à l’utilisateur
d’en faire abstraction. Il s’assure en outre de la redondance et l’intégrité des données stockés
et veille à la sécurité du système en empêchant les intrusions d’utilisateurs non-autorisés. Le
logiciel est compatible avec les systèmes d’exploitation de Microsoft.
SQL server est proposé en plusieurs distributions. Nous avons retenu la distribution SQL
server Standard, qui offrent toutes les fonctionnalités de SQL server convenant à des petites
et moyennes entreprises. La distribution Enterprise offre des fonctionnalités optimisant le
traitement de bases de données de taille imposante ainsi que des outils pour communiquer avec
des bases de données gérées par d’autres logiciels que SQL server. Puisque ces fonctionnalités
sont, pour Écoloval, superflues, nous jugeons que la distribution Standard est le meilleur
choix.
Les licences d’utilisation pour SQL server standard suivent deux modèles. Un premier
selon le nombre de processeurs utilisés par la base de données, le second selon le nombre
d’utilisateur. La comparaison des prix nous amène à proposer un modèle de licence par
utilisateur qui reviendrait à 3522$. À cela, il faut ajouter 120 heures de configuration à
28h$/heure : 3360$(Total :6882).Le support technique, quant à lui, est offert pour 900$/an.
Pour s’occuper du transport à l’interne, nous prévoyons un budget de 10% du prix de mise
en place, soit 336$(Total d’entretien :1236).
Décision : Retenu
Justification : SQL server est un logiciel de gestion de base de données qui a fait ses preuves
tout en restant abordable.
Références : [29, 30, 31, 59, 60].
5.2.8.2
Oracle Database
Oracle Database est un programme de gestion de la base de données qui est très reconnu
pour des projets de grande envergure. Quand le volume de données dépasse les 200 Go et que
le nombre d’utilisateurs est très grand, ce système est très puissant et il se démarque de la
plupart de ses compétiteurs. Les systèmes d’exploitation qui fonctionnent avec Oracle sont
Linux, Windows, Unix, MacOSX, ce qui est grandement suffisant. Oracle a plusieurs solutions
de SGDB20 , mais celle qui est intéressante pour ÉcoloVal est Oracle Database 11g Standard
Édition. Il répond amplement aux attentes et est conçu pour les entreprises moyennes. De
plus, ce logiciel est particulièrement fiable avec la technologie SQL21 .
Pour le coût de Oracle Database, il faut compter le prix d’un processeur qui commence
à 19,502$, ensuite on addition le prix de 20 licences à 390$ chaque ce qui donne 27,302$.
Ajoutons 3360$ pour 120 heures de configuration à 28$/heure(total d’initialisation : 30 662).
20
21
Système de gestion de base de données
Structured Query Language
38
Il faut aussi compter 4375$ par année pour le support, auquel on ajoute les 336$ déjà discutés
pour le support à l’interne : 4711$.
Décision : Retenu
Justification : Cette solution est très cher, mais elle répond bien à nos besoins. Elle est
fiable et elle à déjà prouvé son bon rendement.
Références : [88, 30, 89, 57]
5.2.8.3
PostgreSQL
Présent depuis 1995, PostgreSQL est un logiciel de gestion de base de données qui ne cesse
de se développer. Le fait qu’il soit Open source 22 a permis au logiciel de se perfectionner. Les
librairies disponibles répondent à tous les besoins existants en ce qui concerne la gestion de
bases de données. Les fonctions d’archivages, d’intégrité des données, d’indexation pour des
recherches rapides et gestion de données manquantes sont des exemples bien implantés dans
ce programme. Il est facile de comparer la performance de ce système à la concurrence.
Open source signifie aussi que la licence est gratuite. Les seuls coûts à défrayer sont ceux
de la configuration du système, dont nous estimons la complexité comme analogue à celle des
autres logiciels présentés. Ces coûts sont donc estimés à 3360$. Les coûts d’entretien seront
ici estimés à 15% de ceux de mise en place, puisque toutes les opérations de maintenance
devront se faire à l’interne. Ce coût est évalué à 504$ par année.
PostGreSQL peut être installé sur tous les systèmes d’exploitation commerciaux. Toutefois, le support technique se limite au programmeur engagé. Dans le cas où ce logiciel ne
ferait pas le travail qu’on lui demande, il serait facile d’exporter vers un autre gestionnaire
de bases de données populaires, grâce sa grande compatibilité.
Décision : Retenu
Justification : PostgreSQL est un logiciel de gestion de bases de données qui est digne
d’intérêt, autant par sa flexibilité et sa performance, que par le fait qu’il est gratuit au
niveau des coûts initiaux.
Références : [71, 72, 73, 74, 58].
5.2.8.4
Tableau résumé des différents logiciels de gestion de base de donnée
Le tableau 5.16 constitue le résumé des options pour cette section.
Aspects
Décision
Physique Temporel Économique Socio-envir.
SQL server Standard
N/A
N/A
Oui
Oui
Retenu
Oracle Database
N/A
N/A
Oui
Oui
Retenu
PostgreSQL
N/A
N/A
Oui
Oui
Retenu
Tab. 5.16 – Résumé des concepts pour la gestion de la base de données
Options
22
Le code source est distribué librement sur internet.
Chapitre 6
Étude préliminaire
6.1
Plan d’analyse des concepts
Cette section présente le plan servant à analyser nos trois concepts. Pour chaque critère,
une procédure et une hypothèse (lorsque nécessaire) sont présentées pour aider l’évaluation
des critères. De plus, des références aux sections du cahier des charges et de l’analyse de
faisabilité sont ajoutées. Toutes les références utiles pour l’évaluation des critères ont été
mentionnées dans l’analyse de faisabilité (chapitre 5).
Critères
4.1.1 Précision de la
conv. anal.-num.
Procédure
Prendre la conversion A/D
directement sur les feuilles
de spécifications.
Considérer le nombre maximal d’entrées ainsi qu’une
combinaison réaliste.
Considérer le nombre maximal de sorties ainsi qu’une
combinaison réaliste.
4.1.4 Fréqu. de traitement des données
Estimer le temps de traitement selon le facteur limitatif et les données disponibles.
Évaluer la capacité des supports de stockage
4.1.5 Cap. d’archivage
local
39
Hypothèse
Elle est la même pour toutes
les entrées et sorties.
Références
5.2.1
Le nombre de signaux analogiques est toujours inférieur au nombre de signaux
numériques.
Le nombre de signaux analogiques est toujours inférieur au nombre de signaux
numériques.
Le temps de balayage des
entrées est considéré comme
étant le facteur limitatif.
5.2.1
5.2.1
5.2.1
5.2.2
CHAPITRE 6. ÉTUDE PRÉLIMINAIRE
4.1.6 Fréqu. d’envoi de
données
Évaluer la fréquence d’envoi des données.
4.2.1 Résistance aux
pertes de paquets
Estimez les pertes de paquets à partir des différents
protocoles de communication
Évaluer la capacité des
disques durs du serveur
4.2.2 Cap. d’archivage
du serveur central
4.2.4 Bande passante
du serveur central
4.2.5 Latence
4.3.1 Coûts d’entretien
4.3.2 Coûts initiaux
4.3.3 Coûts d’opération
4.4.1 Résistance aux
intrusions
4.4.2 Qualité du cryptage des données
4.5 Fiabilité de la localisation
Évaluer la redondance statique et ensuite évaluer la
note.
Prendre directement la donnée du fournisseur ou l’estimer à partir des informations fournies.
Vérifier
les
latences
moyennes des utilisateurs.
Estimer le coûts d’entretien
sur un an.
Estimer l’ensemble des
coûts pour mettre le
système opérationnel
Estimer les coûts pour opérer le système durant un
an, sans les coûts d’entretien/réparation.
Analyser le nombre de
failles sur la sécurité du logiciel de la base de données
ou les moyens d’améliorer la
sécurité.
Évaluation du protocole utilisée par le logiciel d’interface pour l’encryptage
Évaluer la précision de la localisation
40
Le temps d’accès aux données stocker dans la mémoire est considéré comme
un facteur limitatif.
5.2.2
5.2.6
L’espace de stockage est
fournit par le fabricant de
disque dur.
Si loué, on prend la redondance statique fournit, sinon on la calcule.
La bande passante évaluée
est celle en téléchargement
montant.
5.2.7
La latence moyenne sera représentative de la latence
obtenue.
Détaillée dans la section.
5.2.6
Aucune taxe n’est considérée.
5.2
Détaillée dans la section.
5.2
Chaque logiciel de base de
données est muni d’un dispositif de prévention contre
les intrusions.
5.2.7
5.2.6
5.2
5.2.8
5.2.4
L’alimentation du véhicule
est disponible pour les systèmes.
5.2.5
4.6 Convivialité des
interfaces
6.2
41
Évaluation des fonctionnalités du logiciel d’interface,
mais aussi du support proposé pour les techniciens.
Tab. 6.1 – Plan d’analyse
Les techniciens devront
principalement opérer à
partir de leur voiture.
5.2.3, 5.2.4
des concepts
Présentation des concepts
À partir des ébauches de solutions partiellement établit au chapitre précédent, trois
concepts globaux ont été pensés. Ils essaient chacun de se démarquer selon certains aspects
particuliers. La méthode est intéressante, car elle permet de faire ressortir les avantages et
faiblesses de concepts les plus éloignés possible les uns des autres.
6.2.1
Concept 1
Notre premier concept global est intitulé l’Orienté fonctionnalité. Le choix de ses composantes fut dicté par une seule considération : offrir les meilleures performances et les fonctionnalités les plus inclusives. Avec l’Orienté fonctionnalité, SysCom répond aux besoins
d’Écoloval avec simplicité, fluidité et performance.
6.2.1.1
Le ACE3600 de Motorola Solutions assure une conversion analogique vers numérique sur
16 bits. Cette donnée peut être entrée directement dans le barème :
f (16) = 0, 38 × log(16 − 11) = 0, 61
6.2.1.2
Le ACE3600 supporte jusqu’à 110 signaux de n’importe quel type. Il en faudrait donc
initialement au moins trois par unité mobile. Il faut également trouver une combinaison parmi
les choix possibles pouvant satisfaire le client et ses exigences. 48 entrées analogiques et 96
entrées numériques sont choisies, car cette combinaison permet d’utiliser l’espace disponible
sur le RTU de manière optimale. Cette combinaison peut être effectuée au moyen de modules
mixtes analogue/numérique. Le barème suivant prend également en compte le nombre de
sorties potentielles désignées comme inutilisées :
q
f (96, 48) =
(96 − 80) + 5 ×
q
(48 − 40) + 0, 3 × 25
25
= 0, 96
6.2.1.3
42
96 sorties numériques sont proposées, comme le nombre d’entrées, mais seulement 40
entrées analogiques sont choisies, car celle-ci ne viennent que sur des modules en incorporant
quatre à la fois, ce qui ne nous encourage pas à en intégrer davantage. Le nombre de sorties
libres est aussi le même :
q
f (96, 40) =
6.2.1.4
(96 − 80) + 5 ×
q
(40 − 40) + 0, 3 × 25
25
= 0, 4
Le ACE3600 est un RTU dont le temps de balayage des entrées et la fréquence de processeur sont des éléments fournis par les feuilles de spécifications. Selon ces données, le ACE3600
balaie toutes ses entrées à toutes les 8,3 millisecondes, c’est-à-dire à une fréquence d’environ
120 Hertz. Ceci est assuré par un processeur Power Quic II fonctionnant à un signal horloge
de 200 MHz. L’évaluation est effectuée selon le barème suivant :
f (120) =
6.2.1.5
120 − 2
= 0, 48
248
Le concept Orienté Fonctionnalité utilise le SSD 1 comme support de stockage pour l’archivage local. Dans ce concept, on utilise la carte SDD OCZ Nocti mSATA qui, en plus d’une
capacité de 30 Go, est caractérisée par sa taille minime et une consommation faible en énergie. Les vitesses en lecture et en écriture sont respectivement de 280M o/s et 250M o/s et le
prix de ce SSD est évalué à 93 $. L’évaluation de ce périphérique par le biais de la formule
du critère de l’archivage local § 4.1.5 donne :
f (30) =
6.2.1.6
30 − 2
= 0, 93
30
(6.1)
Fréquence d’envoi des données
Dans le concept Orienté fonctionnalité, la solution du stockage via SSD a été retenu. Nous
avons choisis la mémoire MLC 2 comme périphérique de stockage. La mémoire MLC offre un
temps d’accès moyen de 0,1 ms, c’est-à-dire à une fréquence d’environ 10 KHz et un taux de
transfert de 250 Mo/sec en lecture. D’après le cahier de charge § 4.1.6, une fréquence de 60
Hz est considérée minimale et se verra obtenir une note de 0. Avec le barème de cette même
section, nous obtenons la note de 0,248.
f (10000) =
1
2
Solid State Drive
Multi Layer Cell
10000 − 60
= 0, 248
39940
6.2.1.7
43
Le satellite est la solution de communication qui a été retenue. Cette solution permet
un taux de perte moyen de 0,01% grâce aux protocoles Radio Link Protocol, qui renvoie les
données perdues à cause des interférences avec les ondes de communications, et UDP3 . Le
critère associé aux pertes de paquets est évalué selon l’équation § 4.2.1
f (0.01) = 1 − 10(0.01) = 0, 9
6.2.1.8
Pour ce concept, nous avons retenu l’implantation d’un serveur. Notre choix s’est arrêté
sur le serveur ProLiant ML370 G6 de HP. Avec les options que nous avons choisis, ce serveur
a une capacité de 72 Go. Rappelons qu’une capacité de moins que 16,5 Go est considérée
inacceptable et se verra attribuer une note de 0. Avec le barème du critère § 4.2.2, la note de
0,53 est obtenue.
f (72) = −
6.2.1.9
49, 5
+ 1 = 0, 53
72 + 33
Fiabilité du serveur d’archivage
Notre système avec le serveur ProLiant ML370 G6 de HP supporte trois disques durs de
72 Go avec la technologie RAID 5. Le MTBF d’un disque dur SAS4 est de 400 000 heures.
De plus, si on dit que le MTTR est de 4 heures dans le pire des cas. La disponibilité statique
devient 1+ 1 4 = 0, 9999. La redondance des données se voit donc attribuer une note de 0,9.
400000
f (0, 9999) =
6.2.1.10
0, 9999 − 0, 9990
= 0, 9
0, 001
Pour la bande passante, la différence varie grandement entre la vitesse de téléchargement
et celle d’envoi de donnée. C’est celle d’envoi de donnée qui nous intéresse. Celle fournit par
Galaxy pour SKYDATA 2.0 est de 250 kb par seconde. En évaluant le critère à l’aide de
l’équation § 4.2.4, nous obtenons :
f (250) = 0, 17 × ln(250) − 0, 29 = 0, 65
6.2.1.11
Latence
La satellite est la solution de communication qui a été retenue pour le concept Orienté
Fonctionnalité. Le temps de latence moyen par satellite est de 500 ms puisque les ondes ont
3
4
User Datagram Protocol
Serial Attached SCSI
44
une grande distance à parcourir pour se rendre jusqu’au satellite et revenir, que se soit en
mode client ou serveur. Le critère est évalué avec l’équation § 4.2.5 :
f (0, 5) = log(1 −
6.2.1.12
0, 5
) + 1 = 0.88
2
Résistance aux intrusions
Le concept Orienté Fonctionnalité utilise le système de gestion de base de données Oracle.
Celui-ci présente quelques failles au niveau de la résistance aux intrusions informatiques
et ce, malgré les efforts fournis par Oracle pour assurer la sécurité. Aussi, des intrusions
via le système d’exploitation du DBA 5 sont possibles. L’intrusion par application frontale,
par exemple via SQL développer, est également possible. Étant donné que ces intrusions
demandent une connaissance assez approfondie en informatique, une note de 0.5 est attribuée
au dispositif de sécurité conformément au critère § 4.4.1.
6.2.1.13
Qualité de l’encryptage des données
Le logiciel VTS utilisé dans le concept Orienté Fonctionnalité supporte la gestion de
comptes utilisateurs avec privilèges, permettant de donner des droits d’accès différents à
plusieurs intervenants. Les transmissions sont sécurisées via le protocole SSL, utilisé par les
institutions bancaires. Malgré la grande robustesse du protocole, des failles existent et sont
documentées, ce qui nous empêche d’accorder une note maximale. Par contre, VTS offre
définitivement une protection des communications qui est "difficilement contournable".
6.2.1.14
Dans le concept Orienté Fonctionnalité, nous avons retenu le Fleet Manager 300 Communicator qui est un système complet de localisation et de communication sans fil avec la
centrale. Il enregistre les coordonnées et les envoies à la centrale. Une autre fonctionnalité
de ce produit est la supervision du véhicule par rapport aux règlements routiers : lorsque
le conducteur est en infraction, le Fleet Manager 300 Communicator l’avertit. Ce produit
demande un peu d’espace, l’équivalent d’un boite à chaussure. La précision possède une
incertitude de 3m de diamètre. En utilisant le barème de notre critère § 4.5 :
(3 − 100)2
f (3) =
= 0, 94.
10000
6.2.1.15
Dans le concept Orienté Fonctionnalité, l’interface est composée du logiciel VTS et d’ordinateurs de bord pour l’accès par les techniciens. VTS supporte nativement les interactions
tactiles, permettant de profiter des écrans tactiles des ordinateurs de bord. Cela permet aux
différents intervenants d’interagir avec le système SysCom d’une manière efficace et intuitive.
5
Administrateur de la base de données
45
VTS offre toutes les fonctionnalités d’interface de façon intégrée, rendant l’accès aux différents modules d’autant plus facile. Fleet manager permet en plus de parler directement aux
techniciens via les casques d’écoute. Somme toute, la convivialité du système de contrôle est
« limpide ».
6.2.1.16
Coûts initiaux
Le coût des modules E/S est posé à 30 000 $ pour les 10 unités mobiles. Ceci provient de
l’estimation fournie par le coût des modules du AC500-eCo [9]. Le coût des RTU eux-mêmes
est aussi posé à 30 000 $, selon le coût de l’analyse de faisabilité, le nombre de RTU par unité
mobile, et le nombre d’unités mobiles (10). Le coût pour 5 ordinateur de bord Psion 8585
est de 2000 × 5 = 10000$. L’investissement initial pour assurer la communication revient à
1075 × 11 + 3000 × 5 = 26825$.
En utilisant le barème4.3.2, la note accordée pour les coûts initiaux :
f (184095) = −1, 54 × 10−5 × 184095 + 2 = 0
Les autres coûts initiaux sont directement tirés de l’analyse de faisabilité et sont consignés
dans le tableau 6.2.
6.2.1.17
Les coûts d’entretien reliés à l’automatisation de l’usine sont posés à 1500 $.
Les autres coûts d’entretien sont directement tirés de l’analyse de faisabilité et sont consignés dans le tableau 6.2.
f (8128) = −6, 67 × 10−5 × 8128 + 1, 0667 = 0, 46
6.2.1.18
(6.2)
Coûts d’opération
Le coût d’opération pour l’usage d’internet par satellite est de 1500$ par an.
Les autres coûts d’opération sont directement tirés de l’analyse de faisabilité et sont
consignés dans le tableau 6.2.
En utilisant le barème4.3.3, la note accordée pour les coûts d’opérations :
f (3900) = −1.18 × 10−4 × 3900 + 1.18 = 0, 47
(6.3)
Le tableau 6.2 offre une synthèse des différents coûts sous une forme simplifiée.
6.2.2
Concept 2
Le second concept met de l’avant les éléments que nous jugeons comme étant les plus
avant-gardistes. ÉcoloVal étant une compagnie à la fine pointe de la technologie, oeuvrant
dans un domaine résolument 21ime siècle, l’écologie, il nous apparait pertinent de proposer
46
Concept
Fonctionnalité
Initiaux Opération Entretien
60000
0
1500
930
0
19
10000
2400
0
Fonction
Coûts
5.2.1 Automatiser l’usine
5.2.2 Archiver Localement
5.2.3 Permettre l’accès d’interface aux techniciens
5.2.4 Fournir les fonctionnalités d’interface
30114
0
1728
5.2.5 Localiser les techniciens et unités mo- 20250
0
50
biles
5.2.6 Assurer la communication entre les élé- 26825
1500
0
ments du système
5.2.7 Archiver les données
5314
0
120
5.2.8 Gérer la base de données
30 662
0
4711
Total
184095
3900
8128
Tab. 6.2 – Synthèse des différents coûts associés au concept Fonctionnalité.
un concept intégrant des solutions modernes. De même, le développement durable bénéficie
d’une image d’entreprise très forte sur le plan éthique. C’est pourquoi ce concept vise à
maximiser cette image en utilisant des solutions logicielles libres de droit, car ils bénéficient
de la même image d’éthique.
6.2.2.1
Le UEIPAC 600 de United Electronic Industries propose plusieurs modules d’entrées/sorties
dont la conversion analogique-numérique diffère légèrement. Des modèles sont proposés pour
le 16, 18 et 24 bits. Le 16 bits est le plus commun et est le minimum, c’est donc la donnée
que nous utilisons pour le barème, qui s’évalue ainsi :
f (16) = 0, 38 × log(16 − 11) = 0, 61
6.2.2.2
Le UEIPAC 600 de United Electronics Industries possède également une limite au nombre
de ses entrées/sorties, posée à 150 signaux analogiques ou encore davantage s’il s’agit de
signaux numériques, ce qui implique tout de même l’achat d’au moins deux unités par unité
mobile de traitement. Les entrées viennent encore une fois en multiple de 12, 24, ou 48, ce
qui nous pousse encore à proposer la configuration de 48 entrées analogiques et 96 sorties
numériques. La formule suivante introduit le barème avec les données énoncées plus haut :
q
f (96, 48) =
(96 − 80) + 5 ×
q
(48 − 40) + 0, 3 × 10
25
= 0, 78
6.2.2.3
47
Les sorties analogiques viennent cette fois-ci en multiple de huit, ce qui nous permet de
proposer 40 entrées analogiques et de convenir aux besoins du client. Les modules de sorties
sont analogues aux modules d’entrées en ce qui concerne les sorties, et sont mêmes dans la
plupart des cas mixtes : 12 entrées et 12 sorties. Ceci nous ramène au total de 96. L’évaluation
est effectuée selon le barème :
q
f (96, 40) =
6.2.2.4
(96 − 80) + 5 ×
q
(40 − 40) + 0, 3 × 10
25
= 0, 22
Le UEIPAC 600 est un PAC qui possède un processeur interne de type Freescale MPC5200
(ou Freescale 8347) fonctionnant à une fréquence de 400 MHz. Ceci est le double du processeur
propre au ACE3600 de la § 6.2.1.4, ce qui selon notre hypothèse, équivaut à un temps
de balayage des entrées diminué de moitié, soit 4,15 millisecondes. Ceci porte la fréquence
fonctionnement à environ 241 Hz. Selon notre barème :
f (241) =
6.2.2.5
241 − 2
= 0, 96
248
Le périphérique de stockage utilisé pour ce concept est la carte SD qui allie grande capacité
de stockage et petite taille. La carte SD utilisée est la carte mémoire MicroSDHC Essential 32
Go de Samsung caractérisée par des vitesses d’accès en lecture de 24M o/s et allant jusqu’à
13M o/s en écriture et qui coûte 72.97 $. Selon le critère associé à la fonction d’archivage
§ 4.1.5, le périphérique obtient la note de :
f (32) =
6.2.2.6
32 − 2
= 0, 93
30
(6.4)
Dans le concept Avant-Garde, la carte SD a été retenue. La carte SD est considérée comme
une mémoire d’accès rapide en mode de lecture d’un taux variant entre 0.9 Mo/s et 45 Mo/s.
Le temps d’accès à la mémoire SD est en moyenne de 28 µs, c’est-à-dire à une fréquence
d’environ 33 KHz. Avec le barème § 4.1.6 nous obtenons la note de 0,824.
f (33000) =
6.2.2.7
33000 − 60
= 0, 824
39940
La solution retenue est l’Internet par réseau cellulaire, ou Internet mobile. Le taux de
perte moyen est de 0,001% grâce aux protocolesRadio Link Protocol, qui renvoie les données
48
perdues à cause des interférences avec les ondes de communications, et TCP6 qui renvoie
ceux liés à la congestion. Le critère associé est évalué via l’équation § 4.2.1 :
f (0.001) = 1 − 10(0.001) = 0, 99
6.2.2.8
Ce concept requiert la location d’un espace de stockage avec Rackspace Hosting. Le forfait
donne 80 Go d’espace en RAID 10. La note devient 0,56 avec l’équation § 4.2.2.
f (33) = −
6.2.2.9
49, 5
+ 1 = 0, 56
80 + 33
Les serveurs loués de Rackspace Hosting garantissent que les données seront accessibles
dans 100% des cas. Cette valeur correspond à la disponibilité statique. De plus, une équipe
de soutien technique est disponible à toutes les heures du jour, 7 jours sur 7. La redondance
des données se voit donc attribuer une note de 1.
f (0, 9990) =
6.2.2.10
1 − 0, 9990
=1
0, 001
Pour la bande passante, la différence est grande entre le vitesse de téléchargement et celle
d’envoi de données. C’est celle d’envoi de données qui nous intéresse. Le ratio annoncé par
Vidéotron est de 1 envoi pour 8 réception avec une connexion câblée. Comme il ne donne
pas la vitesse d’envoi de données pour internet mobile, il est prudent de penser que ce ratio
sera inférieur pour ce service. Considérant que la bande passante en téléchargement est de 5
Mo par seconde, on estime celle d’envoi est 500 Kb par seconde. En appliquant le barème du
critère § 4.2.4, on obtient 0,77.
f (500) = 0, 17 × ln(500) − 0, 29 = 0, 77
6.2.2.11
Latence
Pour le deuxième concept, la solution qui a été retenue est Internet par réseau cellulaire.La
latence moyenne est de 250 ms. L’évaluation de ce critère revient donc à évaluer le barème
§ 4.2.5.
0, 25
f (0, 25) = log(1 −
) + 1 = 0, 94
2
6
Transmission Control Protocol
6.2.2.12
49
Ce concept utilise le logiciel de base de données PostGreSQL. Malgré ses qualités reconnues au niveau de sa performance et sa qualification open source, le logiciel PostGreSQL
présente quelques failles qui permettent de contourner le dispositif sécuritaire mis en place.
Cependant, la mise à jour du logiciel permet de réduire les risques d’intrusion et de garantir
une meilleure protection de la base de données. Initialement, PostGreSQL est assez sécuritaire mais la mise à jour du logiciel doit se faire régulièrement pour résoudre les failles
éventuelles qui peuvent être détectées. Ainsi, la fonction de résistance aux intrusions dans les
bases de données se voit attribuer la note de 0,5 selon le critère § 4.4.1 de la résistance aux
intrusions.
6.2.2.13
Le concept Avant-Garde s’appuie sur le logiciel libre Mango pour son interface et la transmission sécuritaire de ses données. Mango utilise le protocole SSL et un système d’utilisateur
privilégié permettant d’attribuer différents droits d’accès à plusieurs utilisateurs. Ces caractéristiques étant similaires à celles du système utilisé par le concept Orienté Fonctionnalité
la même note de « difficilement contournable » est accordée au concept Avant-Garde.
6.2.2.14
Pour le concept Avant-Garde, nous avons choisi le système de localisation Positrace. Il
permet la localisation en temps réel sur ordinateur, déjà installé au préalable dans un le
véhicule. L’interface est celle de Google Maps ce qui rend la lecture plus intuitive. Pour la
fiabilité de la localisation, le produit permet une fiabilité de localisation de trois mètres de
diamètre, ce qui donne la note suivante :
f (3) =
6.2.2.15
(3 − 100)2
= 0, 94
10000
Dans le concept Avant-Garde, le logiciel Mango, accédé à partir d’un ordinateur portable,
permet une interaction efficace avec le système SysCom. Rappelons que l’ordinateur portable
est fixé au tableau de bord de la voiture par une tablette amovible. Ce dispositif augmente
significativement l’ergonomie de la solution. Puisque l’ordinateur ne dispose pas de fonctionnalité interne permettant la communication avec le centre de gestion, on peut palier à cette
lacune en utilisant le logiciel Unite de Comodo, qui offre des fonctionnalités de messagerie
instantanée via une liaison VPN sécurisée. Somme toute, l’interface de ce concept peut être
considéré comme étant « claire ».
6.2.2.16
50
Coûts initiaux
Le coût des modules E/S est posé à 30 000 $ pour les 10 unités mobiles. Ceci provient
de l’estimation fournie par le coût des modules du AC500-eCo [9]. Le coût des PAC est de
35 900 $ pour les 10 unités mobiles (1795 × 2 × 10).
L’émetteur récepteur pour assurer la communication coûte 175 $ par unité. Comme il
en faut 16 (5 techniciens, 10 unités de traitement mobiles et 1 à la centrale), le coût initial
revient à 2800$.
Les 5 ordinateurs portables coûtent 5 × (200 + 500)$ = 3500$, soit 5 ASUS X53U-BS21
et un support chacun.
Les coûts initiaux des modules Positrace sont 15 × 400$ = 6000$, pour 15 GPS Garmin
affiliés.
dans le tableau 6.3.
f (87359) = −1, 54 × 10−5 × 87359 + 2 = 0, 66
6.2.2.17
Les coûts d’entretien reliés à l’automatisation de l’usine sont posés à 1500 $.
Les coûts d’entretiens pour 1 an pour le Positrace sont 6000$ × 61 = 1000$, pour 15 GPS
Garmin qui on une espérance de vie de 6 ans.
En utilisant le barème4.3.1, la note accordée pour les coûts d’entretien :
f (3821) = −6, 67 × 10−5 × 3821 + 1, 0667 = 0, 75
6.2.2.18
(6.5)
o
Les coûts d’opérations pour assurer la communication reviennent à 0,02$
∗ 40000M
= 800$
Mo
an
an
considérant une utilisation annuelle de 40 Go.
Les coûts d’opération pour 1 an pour le Positrace sont 26$ × 12 = 312$, soit 26$ par mois
pour le forfait standard.
f (4572) = −1.18 × 10−4 × 4572 + 1.18 = 0, 35
Le tableau 6.3 offre une synthèse des différents coûts sous une forme simplifiée.
(6.6)
51
Concept
Avant-garde
65900
0
1500
730
0
145
3500
2400
250
Fonction
Coûts
5069
0
672
5.2.5 Localiser les techniciens et unités mo6000
312
1000
biles
5.2.6 Assurer la communication entre les élé2800
800
0
ments du système
0
1060
0
3360
0
504
Total
87359
4572
3821
Tab. 6.3 – Synthèse des différents coûts associés au concept Avant-garde.
6.2.3
Concept 3
Ce troisième concept global pour le système SysCom est intitulé le Pragmatique. Son
élaboration s’est faite en s’appuyant sur des techniques simples, efficaces et abordables. Il
vise à offrir toutes les fonctionnalités demandées par ÉcoloVal au prix le plus faible possible.
6.2.3.1
Le AC500-eCo de ABB offre une conversion analogique vers numérique sur 12 bits, ce
qui n’a rien d’extraordinaire mais rempli tout de même les exigences. Cette donnée peut être
entrée directement dans le barème, ce qui donne sans surprise le résultat suivant :
f (12) = 0, 38 × log(12 − 11) = 0
6.2.3.2
Le AC500-eCo semble moins disposé que les autres concepts à traiter des signaux analogiques, ce qui peut expliquer son offre moins grande de modules d’entrées (quatre à la
fois seulement). Nous nous limitons donc au nombre de 40 signaux d’entrées analogiques.
Le nombre de signaux numériques est de 80, en raison du choix entre des multiples de 8 ou
de 16. Le nombre maximal d’entrées/sorties est d’environ 168, ce qui nécessite l’achat d’au
moins deux PLC par unité mobile. Le critère s’évalue de la manière suivante :
q
f (80, 40) =
(80 − 80) + 5 ×
q
(40 − 40) + 0, 3 × 48
25
= 0, 58
6.2.3.3
52
Les sorties analogiques semblent aussi difficiles à gérer que les entrées, ce qui limite encore
une fois leur nombre à 40. Le nombre de sorties numériques est aussi le même que le nombre
d’entrées. La barème s’évalue de la même manière :
q
f (80, 40) =
6.2.3.4
(80 − 80) + 5 ×
q
(40 − 40) + 0, 3 × 48
25
= 0, 58
Le AC500-eCo ne fournit pas de précision sur son temps de balayage des entrées ni sur
sa fréquence de processeur, mais fournit un nombre d’instruction par unité de temps. Si
on considère l’architecture de ce processeur simple, sans pipelines, alors on peut évaluer sa
fréquence effective en connaissant cette donnée. Le AC500 effectue une instruction en 0,1
microsecondes, donc un simple calcul porte sa fréquence à 10 MHz. Comme cela est de 20
fois inférieur à la valeur de référence, celle du ACE3600 de la § 6.2.1.4, qui est à 200 MHZ,
cela permet d’estimer un temps de balayage des entrées de 166 millisecondes, soit 20 fois plus
long. La fréquence finale de fonctionnement est ainsi d’environ 6 Hz, ce qui s’inscrit dans
notre barème selon la formule suivante :
6−2
= 0, 02
f (120) =
248
6.2.3.5
Ce concept utilise le disque dur magnétique pour assurer la fonction d’archivage local.
Nous utilisons le disque dur 7200RPM SpinPoint N2B HS030GB de Samsung d’une capacité
de 30 Go et d’un coût de 40 dollars. Selon le barème du critère d’archivage local § 4.1.5, ce
disque dur reçoit une note de :
f (30) =
6.2.3.6
30 − 2
= 0, 93
30
(6.7)
Le concept Pragmatique utilise le disque dur comme périphérique de stockage. Avec une
latence moyenne de 4,2 ms et un temps de recherche moyen de 10 ms, nous obtenons un
temps d’accès moyen d’environ 14 ms, c’est-à-dire à une fréquence d’environ 72 Hz. Avec le
barème § 4.1.6 la note devient :
f (72) =
6.2.3.7
72 − 60
= 0, 0003
39940
La solution retenue est Internet par réseau cellulaire, ou Internet mobile. Son évaluation
a été détaillée § 6.2.2.7 et a obtenu la note de 0,99.
6.2.3.8
53
Cette solution pour le serveur a été évaluée dans le concept § 6.2.2 et s’est vue attribuer
la note de 0,56.
6.2.3.9
Cette solution pour le serveur a été évaluée dans le concept § 6.2.2 et s’est vue attribuer
la note de 1.
6.2.3.10
a été détaillée § 6.2.2.10 et on obtenait la note de 0,77.
6.2.3.11
Latence
a été détaillée § 6.2.2.11 et on obtenait la note de 0.94.
6.2.3.12
Le logiciel de base de données utilisé par ce concept est SQL Server développé par Microsoft. Pour assurer la sécurité face aux intrusions informatiques dans la base de données,
on associe Microsoft SQL server au logiciel McAfee Host Intrusion Prevention. En effet, ce
logiciel permet d’accroitre considérablement le dispositif sécuritaire de SQL Server en prévenant les intrusions informatiques dans la base de données. Ainsi, ces bonnes performances
permettent à SQL serveur d’aller chercher une note de résistance aux intrusions de 0,75.
6.2.3.13
Les protocoles de sécurité utilisés par la suite OPC systems.net utilisée dans le concept
Pragmatique sont mal documentés. La suite propose une certaine forme de contrôle via l’utilisation de frameworks intégrés, mais il est impossible de présupposer l’efficacité de leurs
méthodes. C’est pourquoi nous attribuons de manière préventive la note "facilement contournable".
6.2.3.14
Pour le Pragmatique, le produit choisi est le GPS routier pour particulier. Nous n’avons
choisi aucune marque en particulier, car les intervalles de prix sont semblables et leur précision
aussi. Il permet de localiser le conducteur pendant la route et lors des arrêts. La précision
de la localisation dans les modèles d’entrée de gamme est de 5m de diamètre. Le critère est
alors évalué à :
(5 − 100)2
= 0, 9
f (5) =
10000
6.2.3.15
54
Le concept Pragmatique utilise la suite logicielle OPC systems.net, accédée à partir d’un
téléphone intelligent via un navigateur web. Les caractéristiques logicielles d’OPC systems.net
permettent une interaction facile et intuitive avec les unités mobiles. Les communications avec
le système centralisé peuvent se faire facilement via communication téléphonique. Par contre,
la petite taille de l’écran du téléphone causent des problèmes importants pour l’interaction
avec l’interface. Le fait d’obliger les techniciens à appeler la centrale à intervalle régulier
n’aide en rien la convivialité du système. Nous sommes donc obligés d’accorder au troisième
concept la note de « confuse ou complexe ».
6.2.3.16
Coûts initiaux
Le coût des modules E/S est posé à 30 000 $ pour les 10 unités mobiles. Le coût des PLC
est de 7870,8 $ pour les 10 unités mobiles (393, 54 × 2 × 10).
L’émetteur récepteur pour assurer la communication coûte 175 $ par unité. Comme il en
faut 11 (10 unités de traitement mobiles et 1 à la centrale), le coût initial revient à 1925$.
L’accès internet est fourni pour les techniciens avec leur téléphone.
Pour 5 Samsung Galaxy S II LTE, soit les téléphones intelligents, le prix est de 5×400$ =
2000$
Les coûts initiaux des GPS standards sont 15 × 200$ = 3000$, pour 15 GPS.
dans le tableau 6.4
f (61262) = −1, 54 × 10−5 × 61262 + 2 = 1
6.2.3.17
Les coûts d’entretiens des GPS standards sont 3000$ × 61 = 500$, pour 15 GPS dont
l’espérance de vie de 6 ans.
En utilisant le barème4.3.1, la note accordée pour les coûts d’entretien :
f (4786) = −6, 67 × 10−5 × 4786 + 1, 0667 = 0, 68
6.2.3.18
(6.8)
o
Les coûts d’opérations pour assurer la communication reviennent à 0,02$
∗ 40000M
= 800$
Mo
an
an
considérant une utilisation annuelle de 40 Go.
Les coûts d’opération pour 1 an pour des GPS standards sont de 30$, soit le coût de la
mise a jour des cartes routières à chaque année.
55
f (4290) = −1.18 × 10−4 × 4290 + 1.18 = 0, 40
Fonction
(6.9)
Concept
Pragmatique
37871
0
1500
400
0
40
2000
2400
500
Coûts
9184
0
1010
5.2.5 Localiser les techniciens et unités mo3000
30
500
biles
5.2.6 Assurer la communication entre les élé1925
800
0
ments du système
0
1060
0
6882
0
1236
Total
61262
4290
4786
Tab. 6.4 – Synthèse des différents coûts associés au concept Pragmatique.
6.3
Synthèse
Le tableau 6.5 permet de voir l’ensemble des données brutes utilisées pour l’évaluation
des critères. Multivar. est utlisée lorsque l’évaluation du critère nécessite plusieurs variables.
Critère d’évaluation
C. Fct. C. A.-G.
C. P.
4.1.1 Précision de la conv. anal.-num.[bits]
16
16
12
Multivar. Multivar. Multivar.
Multivar. Multivar. Multivar.
4.1.4 Fréqu. de traitement des données [Hz]
120
241
6
4.1.5 Cap. d’archivage local[Go]
72
80
80
4.1.6 Fréqu. d’envoi de données[Hz]
10000
33000
72
4.2.1 Résistance aux pertes de paquets [%]
0.01
0.001
0.001
4.2.2 Cap. d’archivage du serveur central [Go]
72
33
33
0,9999
1
1
4.2.4 Bande passante du serveur central [Kbps]
250
500
500
4.2.5 Latence [s]
0.5
0.25
0.25
4.3 Coûts
4.3.1 Coûts d’entretien [$/anne]
8128
3821
4786
4.3.2 Coûts initiaux [$]
184095
87359
61262
4.3.3 Coûts d’opération [$/anne]
3900
4572
4290
4.4 Sécurité
0,5
0,5
0,75
0,66
0,66
0,33
4.5 Fiabilité de la localisation[m]
3
3
5
1
0,66
0
Tab. 6.5 – Synthèse des résultats de chaque critère et concept
56
Chapitre 7
Concept Retenu
7.1
Matrice de décision
La matrice de décision du projet SysCom est présentée dans le tableau 7.1. Elle énumère
chaque concept global ainsi que la note pondérée qu’il reçoit selon chaque critère. La dernière
ligne sert à l’addition des pondérations et permet de montrer que notre meilleur concept
est celui Avant-Garde. Nous pouvons constater qu’il se distingue particulièrement en ce qui
attrait à la fréquence de traitement et d’envoi. Il se classe en tête ou très près du concept
compétiteur pour les autres critères. Cela justifie pleinement un coût un peu plus élevé que
le concept Pragmatique.
7.2
Description du concept retenu
Cette dernière section récapitule les composantes présentes dans le concept Avant-Garde
et explique les relations qu’elles entretiennent entre elles. Elle permet une meilleure compréhension de la solution finale que nous présentons à ÉcoloVal pour son projet SysCom. La
figure 7.1 présente d’abord une vue d’ensemble du concept selon ses fonctionnalités et les
solutions déterminées.
Au cœur du projet SysCom se trouve l’automatisation des usines de traitement de boues
organiques. Le UEIPAC 600 est un PAC (Programmable Automation Controller ), c’est-àdire une sorte de PLC plus rapproché des ordinateurs conventionnels. Nous justifions ce
choix par sa capacité de traitement où une automatisation pouvant potentiellement être
complexe et s’effectuant à une fréquence élevée, en plus de permettre un grande modularité
et une personnalisation possible. Ceci nous semble être le futur de l’automatisation. Nous
apprécions également cette solution pour son rapport au logiciel libre. Ce PAC utilise un
système d’exploitation en temps réel nommé Xenomai, basé sur le noyau Linux.
Les données traitées par le UEIPAC 600 sont entreposées localement sur une carte SD
pouvant se connecter directement à l’automate. Dotée d’une capacité de 32 Gigaoctets, ce
support permet d’entreposer les données durant un an et avec une fréquence jusqu’à 16 fois
57
CHAPITRE 7. CONCEPT RETENU
Critère d’évaluation
Pond. C. Fct. C. A.-G.
20%
10,95
16,59
4.1.1 Précision de la conv. anal.-num.
1%
0,61
0,61
2%
1,92
1,56
2%
0,80
0,44
4.1.4 Fréqu. de traitement des données
8%
3,84
7,68
4.1.5 Cap. d’archivage local
3%
2,79
3,00
4.1.6 Fréqu. d’envoi de données
4%
0,992
3,296
23%
17,82
19,62
4.2.1 Résistance aux pertes de paquets
8%
7,20
7,92
4.2.2 Cap. d’archivage du serveur central
5%
2,70
2,80
3%
2,70
3,00
4.2.4 Bande passante du serveur central
4%
2,59
3,07
4.2.5 Latence
3%
2,63
2,83
4.3 Coûts
31%
8,85
17,29
4.3.1 Coûts d’entretien
7%
3,21
5,22
4.3.2 Coûts initiaux
12%
0
7,87
4.3.3 Coûts d’opération
12%
5,64
4,2
4.4 Sécurité
12%
7,00
6,80
7%
3,50
3,50
5%
3,30
3,30
4.5 Fiabilité de la localisation
4%
3,5
3,76
10%
10
6,60
Total
100%
58,12
70,66
Tab. 7.1 – Notes pondérées accordées à chaque critère et concept
58
C. P.
5,27
0,00
1,16
1,16
0,16
2,79
0,0012
19,62
7,92
2,80
3,00
3,07
2,83
21,57
4,77
12
4,8
6,90
5,25
1,65
3,76
0
57,12
plus grande que celle exigée par le client. De plus, grâce à son temps d’accès avantageux
qui est évalué à l’ordre du micro-seconde et à sa vitesse élevée en écriture, la carte arrive à
supporter largement la fréquence de traitement de données imposé par le microcontrôleur et
peut ainsi enregistrer en temps réel ces données.
Les données entreposées sur carte SD sont ensuite acheminées au reste du système via
une communication internet mobile utilisant le réseau cellulaire. L’infrastructure du réseau
étant déjà implantée, il suffit de payer les frais d’utilisation pour l’utiliser. Le fournisseur
Vidéotron a été choisi pour la simplicité de son service de connexion qui ne nécessite pas de
frais d’installations et pour la fiabilité de l’accès réseau même en dehors des centres urbains,
où les techniciens et les unités mobiles sont appelées à voyager durant leurs déplacements.
Le protocole TCP (Transmission Control Protocol ) a été choisi car il permet d’augmenter
la fiabilité de la connexion. Le Radio Link Protocol est aussi utilisé afin de réduire la perte
de paquets à un taux acceptable. Au niveau de la sécurité, il faut rappeler que le protocole
TCP n’est pas sécuritaire en lui-même et qu’un logiciel de sécurité doit être utilisé indépendamment. L’utilisation de OpenVPN, qui utilise un protocole de sécurité unique compatible
59
Fig. 7.1 – Le concept retenu, Avant-Garde
entre autre avec le protocole de transport TCP, permet d’éviter que les informations soient
récupérées par un tiers-parti et réduit considérablement les risques d’intrusions.
Le réseau internet amené les données jusqu’à notre serveur infonuagique, hébergé par
Rackspace. Le serveur disposant d’une capacité de 80 Go et de 2 Go de mémoire héberge
notre application d’interface en plus d’entreposer l’archive. Rackspace hosting s’occupe de
la maintenance du serveur, dégageant cette responsabilité d’Écoloval. De plus, la fiabilité
est assurée par la technologie Raid 10, Rackspace garantissant l’intégrité complète de nos
données et leur accès en tout temps. Cette solution infonuagique allie souplesse, simplicité,
efficacité et prix compétitif.
Déployé depuis le serveur Rackspace, Mango M2M, un logiciel libre fonctionnant avec
les technologies web Ajax, fournit les fonctionnalités d’interface à tous les intervenants du
système. Ceux-ci peuvent accéder au logiciel via n’importe quel navigateur web. Toutes les
données transigeant par Mango sont cryptées grâce au protocole SSL, assurant une sécurité
de transfert équivalente aux transactions bancaires. Il peut ensuite les utiliser pour afficher les
tendances du système et générer des alarmes lorsque nécessaire. Mango possède également des
outils pour la génération automatique de rapport. Interfacé à Mango, PostGreSQL gère les
grandes quantités de données entreposées sur le serveur. Ce logiciel, libre lui-aussi, offre toutes
les fonctionnalités pour répondre aux besoins du client et plus encore. Ensemble, le RAID
10 du serveur, Mango et PostGreSQL s’assurent que les données de Syscom préservent leur
intégrité, soient manipulées efficacement et soient facilement accessibles par les techniciens
60
ainsi que les autres intervenants.
Grâce à la solution de Ragnarök, les techniciens d’écoloval pourront d’ailleurs accomplir
leur travail en toute simplicité. Le système Positrace transmet leur position à la centrale
sans aucune intervention de leur part. Le système étant installé aussi dans les unités mobiles,
Écoloval peut localiser tous ses éléments mobiles avec une précision de 5 mètres et un taux
de rafraichissement de 5 secondes. Du côté des techniciens, l’interface est celle d’un GPS
standard, de marque Garmin. Positrace inclue aussi des fonctionnalités de gestion d’itinéraire
et de gestion des véhicules. Toutes les positions et les états des moteurs sont enregistrés sur
une période de 36 mois.
Pour interagir avec Syscom, les techniciens utilisent un ordinateur portable avec écran 15
pouces. Celui-ci est monté dans le véhicule de chacun des techniciens à l’aide d’un réceptacle
mobile. L’ordinateur est bien attaché à ce réceptacle pendant le transport et se détache
lorsque nécessaire. Il est alimenté par la batterie du véhicule lorsque le technicien est sur la
route, mais permet quand même le travail à l’extérieur grâce à une batterie rechargeable. Il
utilise le navigateur web Firefox pour accéder à Mango et le logiciel Unite de Comodo pour
communiquer via messagerie instantanée sécurisée avec le centre de gestion. De son côté, le
centre de gestion accède à l’interface via son poste de travail Compaq 6005 Pro de HP.
Tous les ordinateurs du système (serveur, ordinateurs portables et poste de travail) utilisent le système d’exploitation Linux/GNU, dans sa distribution Fedora, afin de s’accorder
avec l’orientation logiciel libre de la solution.
7.3
Conclusion
Ce projet a permis, selon une méthodologie rigoureuse qui fut expliquée tout au long du
processus, d’offrir un concept final complet répondant aux besoins énoncés par le client de
l’équipe Ragnarök, l’entreprise ÉcoloVal.
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Équipe 13 - Université Laval

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