Matrice de couplage appliquée aux SdS - AFIS

Matrice de couplage appliquée aux SdS 1
Introduction
1
Les “systèmes de systèmes” (SdS) sont un sujet particulièrement d’actualité dans le monde actuel où tout se doit d’être
« connecté ». L’objet de cette fiche est de montrer comment un outil classique des ingénieurs systèmes, la matrice N², permet
d’améliorer la maîtrise, les performances et la sûreté de fonctionnement dans ces grands systèmes complexes que sont les systèmes
de systèmes.
Le point clé est sans conteste d’assurer la disponibilité des services offerts par la synergie des systèmes constituant le SdS, et ce
en dépit des inévitables évolutions asynchrones de chacun de ces constituants. Mais au-delà des aspects techniques, les matrices de
couplage peuvent également aider à anticiper et maîtriser, sinon régler, les problèmes causés par l’indépendance managériale et les
transferts de responsabilité touchant les systèmes constituant.
[1]
Système résultant du fonctionnement collaboratif de systèmes constituants qui peuvent fonctionner de façon autonome pour remplir leur propre
mission opérationnelle. [Glossaire AFIS]
Définition
S1
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S2
x
x
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x
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x
S3
S4
x
S5
x
S6
x
x
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x
x
Emet
x
Système
Emet
S7
x
x
x
S8
x
S9
Matrice 1
Identification
visuelle des
systèmes
fortement
couplés après
réorganisation
de la matrice.
S1
x
x
S2
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x
x
x
x
S4
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S7
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S5
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x
S3
x
x
x
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S6
S8
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x
x
S9
.
Matrice 2
La méthode DSM (« Design Structure Matrix »), due à
2
l’origine à D. Steward , comprend un outil de représentation du
processus de conception sous la forme d’une matrice carrée.
3
Cet outil a été adapté par J.-P. Meinadier sous le nom de
matrice de couplage ou matrice N² pour l'appliquer à
l'Ingénierie Système.
Dans le contexte des SdS, les éléments de la diagonale de
la matrice sont les systèmes constituant le SdS, et les
éléments hors diagonale mettent en évidence les couplages
(cf Matrice 1). On peut réaliser autant de matrices que de
types de couplage ou de points de vue.
Pour un point de vue donné, l'objectif principal de la
matrice est d'identifier les dépendances entre systèmes. La
permutation des lignes et des colonnes permet de mettre en
évidence les systèmes fortement et faiblement couplés (cf
Matrice 2) : beaucoup d'éléments renseignés dans le bloc
matriciel correspondant indiquent que les systèmes sont en
interaction forte ; peu d’éléments renseignés montrent de
faibles interactions entre systèmes.
Pourquoi des matrices de couplage ?
Le contexte
La réponse
Les
interactions
entre
systèmes
conçus
indépendamment les uns des autres sont de plus en
plus requises dans les domaines tels que les transports,
la protection civile, la santé, l'éducation, la défense , etc.
La diversité des acteurs du développement d’un
système croit, et ne se limite plus aux seuls
commanditaires et utilisateurs : banques, assurances,
organisations non gouvernementales, administrations,
gouvernements sont des acteurs clés pouvant introduire
leurs propres systèmes préexistants.
Les propriétés émergentes du SdS peuvent être exprimées comme
un comportement collaboratif des systèmes constituants, et par
exemple sous forme de scénarios.
Chaque scénario induit des interactions entre constituants,
interactions ordonnées dans le temps, que l’on peut représenter dans
une matrice N² (cf Matrice 3):
•
individuellement au niveau de chaque cellule de la matrice pour
une collaboration élémentaire,
•
globalement par l’existence d’un chemin parcourant la
séquence des systèmes mis en œuvre.
S1
S1→ S2 S1 → S3
S2
S3 → S2
S3
S3 → S4
S4 → S1
S4 → S3
S4
S1
Le problème
S2
Il en résulte une multitude d’interfaces difficiles à
maîtriser. Le succès de la mise en place d’un SdS va
donc fortement reposer sur la faculté à :
•
garantir la continuité de l’interopérabilité des
systèmes,
•
assurer l’émergence de nouveaux services dus à
la synergie entre systèmes,
•
identifier les interactions (bénéfiques ou néfastes)
entre systèmes.
Et cela sur une longue durée, alors même que
chaque système suivra ses propres évolutions.
S3
S4
Matrice 3
La perte d'une possibilité de collaborer entre deux systèmes se
traduira par une rupture de séquence dans le scénario, donc
l’impossibilité de réaliser ce scénario dans son ensemble et donc, en
l’absence de parcours alternatif, un service dégradé apporté par le dit
scénario.
L’objectif des matrices de couplages appliquées au SdS est d’aider
à identifier les interfaces critiques, devant être préservées tout le long
de la vie du SdS. Sinon, les services émergents attendus – raisons
d’être de la mise en place de ce SdS – seront perdus.
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Matrice de couplage et SdS
1
Différents types de matrices de couplage
Les formes d’interopérabilité à maîtriser étant multiples, on pourra avoir recours à différents types de matrices de couplage pour
identifier les interfaces critiques, puis prendre les mesures conservatoires appropriées.
4,5
Les exemples suivants de matrices sont extraits du cas d'étude développé par le GT SDS : un SdS de lutte contre les incendies,
comprenant un Centre Opérationnel (CO) départemental, un Quartier Général (QG) mobile au plus près de la zone, et des moyens de
luttes au sol (Escouades) et aériens (Hélicoptères). Son intérêt réside dans l'optimisation de l'utilisation des moyens.
Matrice de dépendance opérationnelle : interactions entre acteurs (processus)
Caractérise les processus opérationnels par les
interactions entre acteurs que soutiennent les systèmes du
SdS, et rend compte de :
•
la gestion des modes dégradés opérationnels,
•
les notions de contrat de service,
•
les dépendances opérationnelles.
CO départemental
Supervise
Rend compte
QG mobile
Coordonne
Commande
Rend compte
Escouades
Rend compte
Soutient
Coordonne
Hélicoptère
Matrice de dépendance fonctionnelle : flux entre fonctions
CO départemental
Compte rendu
Caractérise les flux entre systèmes constituants réalisant les
fonctions du SdS, c’est-à-dire :
Ordre
QG mobile
Coordonne
Compte rendu
Escouades
Compte rendu
Coordonne
•
Des flux pouvant être de type informationnel, énergétique,
matériel (flux logistique d’une aide humanitaire),
Hélicoptère
•
Des modèles de données échangés (modèles pivots),
•
Des liens de dépendance fonctionnelle entre systèmes.
Matrice de dépendance technique : interfaces techniques et protocoles
Caractérise
systèmes :
les
supports
des
•
Le format des informations
structurées, multimédia, …),
•
Le protocole de communication.
flux
entre
CO départemental
Données géolocalisées
QG mobile
(données
Données / GSM Données / GSM
Données/ GPRS
Escouades
Données/ GPRS
Hélicoptère
Matrice de dépendance managériale : responsabilité organisationnelle
Rend compte de l’indépendance managériale en décrivant :
CO départemental
QG mobile
Escouades
Hélicoptère
Département
Sécurité
civile
Municipalité
Société
multiservice
• les objectifs et contraintes de chaque propriétaire de systèmes,
• les relations entre partie-prenantes du SdS.
CO départemental
Accord inter-administrations
QG mobile
Accord inter-administrations
Accord inter-administrations Contrat public
Escouades
Contrat public
Hélicoptère
Justifie le niveau de contractualisation relatif à la collaboration
entre systèmes ayant des
propriétaires différents.
Matrice de dépendance culturelle : facteurs humains
Caractérise les aspects humains qui ont des impacts :
•
la langue parlée par les opérateurs,
•
les éléments culturels (type de leadership).
CO départemental
Anglais et français
Français
QG mobile
Français
Français
Escouades
Anglais
Anglais
Hélicoptère
[2]
Steward, D.V., "The Design Structure System: A Method for
Managing the Design of Complex Systems" IEEE Transactions on
Engineering Management, vol. 28, pp. 71-74, 1981
[4]
Autran F., Auzelle J-P., Cattan D., Garnier J-L., Luzeaux D., Mayer
F., Peyrichon M., Ruault J-R. ; « Coupling component systems
towards systems of systems », INCOSE 2008
[3]
Meinadier J.P. Ingénierie et intégration des systèmes, Editions
Hermès, Paris, 1998
[5]
Autran F., Cattan D., Garnier J-L., Luzeaux D., Peyrichon M.,
Ruault J-R. ; « Coupling component systems towards systems of
systems », ICSSEA 2007
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