A proposal of a mixed fuzzy logic/rough sets FRAM model for complex systemic analyses of sociotechnical systems

Résumé

Les systèmes sociotechniques modernes se développent continuellement à un rythme rapide, ce qui entraîne une plus grande complexité et une plus grande interconnectivité entre leurs composants. La vision traditionnelle des méthodes bien établies d'évaluation des risques et de la sécurité a adopté une philosophie de cause à effet linéaire axée sur ce qui pourrait mal tourner (SAFETY-I). L'accent était principalement et simplement dirigé sur l'identification des erreurs, des causes profondes et des événements singuliers, qui pourraient directement causer des accidents et conduire à des résultats indésirables. Cependant, compte tenu de la complexité des systèmes sociotechniques actuels, les approches classiques pourraient ne pas être suffisantes pour couvrir tous les facteurs influents affectant leurs performances. Des approches différentes et innovantes capables de saisir une telle complexité sont donc nécessaires. Ces approches doivent adopter une perspective systémique et prendre en compte les différents facteurs d'un système sociotechnique complexe et leurs interactions (résonance). Cela permettra de comprendre comment des événements indésirables peuvent se développer et émerger de simples ajustements de performance et de la combinaison de la variabilité fonctionnelle systémique. En effet, le domaine de la gestion de la sécurité a été témoin d'un nombre important d'efforts de recherche pour aborder ces problèmes, ce qui a conduit à la proposition de plusieurs méthodes et approches novatrices adoptant de nouvelles perspectives. Le domaine de l'ingénierie de la résilience est l'une des disciplines récemment émergante à la suite de ces efforts proposant une nouvelle perspective SAFETY-II sur le thème de la gestion de la sécurité. Le principal outil proposé dans l'ingénierie de la résilience est la méthode d'analyse de résonance fonctionnelle (FRAM), qui servira d'outil principal dans ce projet. Malgré les nombreux avantages offerts par ces nouveaux outils, ils sont encore limités à bien des égards et nécessitent davantage de recherche et développement pour mûrir et devenir plus normalisés et établis. L'utilisation d'échelles qualitatives dans des outils tels que FRAM permet de capter des relations complexes et dynamiques en utilisant le langage naturel. Cependant, cela induit d'autres limites pour les interprétations de l'importance et la détermination de l'ampleur précise des résultats produits. L'ajout de la quantification dans de telles approches sans sacrifier les caractéristiques distinctives de ces outils permettrait aux analystes de bénéficier des avantages offerts par les méthodes tant quantitatives que qualitatives. Une solution possible à cette limitation peut être proposée par la logique floue, qui facilite le calcul en langage naturel. Les avantages de la logique floue sont représentés dans la capacité à rendre compte des incertitudes dans les paramètres définis et l'ajout de la quantification à FRAM, qui repose sur des variables linguistiques. Grâce à la combinaison de la logique floue et de FRAM, les avantages des deux approches peuvent être utilisés pour présenter un nouvel outil puissant pour l'évaluation des risques et de la sécurité. L'intégration de la logique floue peut également faciliter la proposition d'un cadre normalisé pour tenir compte de la variabilité de FRAM et effectuer des évaluations prédictives en utilisant la base de règles du système d'inférence floue (FIS). Contrairement aux analyses rétrospectives des accidents, les évaluations prédictives de la sécurité doivent tenir compte des incertitudes et du flou découlant du manque de données ou de connaissances suffisantes sur la vraie nature et l'ampleur des concepts évalués. De plus, le processus de génération de base de règles dans le FIS est exhaustif et nécessite des efforts importants en cas de grand nombre de variables d'entrée. Cela conduit à son tour à la génération de grandes bases de règles lourdes en ressources informatiques et irréalisables en termes d'élicitation d'experts. Le cadre de la théorie des ensembles approximatifs (RST) peut fournir des solutions à ces problèmes en tant qu'outil d'exploration de données et de classification. Grâce à l'application de plusieurs algorithmes de recherche pour analyser les données d'entrée fournies par des experts ou des observations de terrain, l'approche RST permet une classification automatique des données (qu'elles soient quantitatives ou qualitatives) et par conséquent la génération de bases de règles réduites efficaces. Le point de départ de ce projet de recherche a été l'analyse de l'environnement des opérations de dégivrage au sol des aéronefs, qui constitue un système sociotechnique complexe et dynamique. La performance optimale des procédures de dégivrage repose sur de nombreux facteurs tels que les conditions environnementales, la technologie, les aspects organisationnels et le facteur humain. L'objectif principal de ce projet de recherche est d'introduire une nouvelle approche pour l'évaluation de la sécurité des systèmes sociotechniques complexes, en particulier pour le contexte du dégivrage des aéronefs. Pour garantir l'intégrité des procédures de dégivrage / antigivrage et fournir le niveau de sécurité souhaité, une évaluation des facteurs influents est nécessaire. Les objectifs spécifiques sont de modéliser le système en place et d'effectuer une évaluation systémique en utilisant la méthode d'analyse de résonance fonctionnelle (FRAM) pour déterminer les facteurs influents qui affectent la performance des opérations de dégivrage; introduire une nouvelle approche systématique combinant la logique floue avec FRAM pour permettre une représentation plus standardisée de la variabilité des performances; et troisièmement, intégrer la méthode RST dans le cadre pour fournir les outils permettant de classer de grands ensembles de données et de générer automatiquement des bases de règles compréhensibles. Chaque phase de ce projet a fourni un scénario d'application inspiré des accidents d'avion réels liés aux opérations de dégivrage et les résultats obtenus ont finalement été comparés pour tirer des conclusions et valider les résultats d'un point de vue théorique. Les résultats obtenus à chaque application ont fourni des nouvelles explications et éclairé certains domaines sous-étudiés concernant le dégivrage des aéronefs. L'analyse de l'accident scandinave SK751 a permis de modéliser le système de dégivrage en expliquant l'évolution de l'accident et en reliant les événements d'un point de vue fonctionnel. L’intégration de la logique floue a facilité le calcul de la variabilité des extrants de manière plus précise et a fourni un cadre systématique et normalisé pour tenir compte de la variabilité des performances. L'approche RST telle que présentée dans les objectifs a permis la génération automatique de bases de règles réduites sans sacrifier la précision en utilisant des ensembles de données idéaux. Du point de vue de la disponibilité technologique, le modèle proposé en est encore à ses débuts et nécessite une validation supplémentaire à l'aide de données du monde réel et d'autres applications et optimisations. La portée et le calendrier de ce projet n'ont pas permis d'approfondir ces aspects ; cependant, on espère que ce projet encouragera l'émergence de nouvelles études et recherches sur les thèmes abordés par cette étude. De plus, l'adoption de cadres comme la logique floue et les RST a été très limitée dans le domaine de la gestion des risques et de la sécurité. Ces outils offrent des approches innovantes et différentes pour faire face à l'incertitude et aux problèmes liés à la classification des données. Cela pourrait à son tour contribuer à améliorer les mesures de sécurité et à minimiser les risques afin de fournir de meilleures opérations de dégivrage / antigivrage au sol des aéronefs et une meilleure protection des humains et des machines. Les nouvelles perspectives offertes par ces outils pourraient à terme refléter positivement les aspects économiques, technologiques et organisationnels de l'industrie du dégivrage et de tout autre contexte industriel concerné par la gestion de la sécurité. En fin de compte, on espère que cette recherche fournira des réponses et ouvrira la porte à d'autres questions soulevées pour lancer en guise de conclusion d'autres études futures.

Date	14 déc. 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Sylvie Nadeau (Directeur(-trice))