Safety management of service robot systems - UML approach based on system risk analysis
Maîtrise de la sécurité des systèmes de la robotique de service - Approche UML basée sur une analyse du risque système
Résumé
Service robot systems, as medical robots, can perform complex tasks and share
their working area with humans. Therefore, they belong to safety critical systems. In nowadays
development process, safety is often managed by the way of dependability techniques. We
propose a new global approach, based on the risk concept in order to guide designers along the
safety analysis of such complex systems. Safety depends on risk management activity, which
core is risk analysis. This one consists in three steps : system definition, hazard identification
and risk estimation. We first propose the use of UML (Unified Modeling Language) as the
description language and we integrate human factors activities for the system definition step.
Then, for the next steps, interactions of UML and risk analysis techniques such as FMECA
(Failure Mode, Effects and Criticality Analysis) and FTA (Fault Tree Analysis) are studied.
As an illustration of its potentiality, the proposed approach is then applied to the case study
of a system for robotic tele-echography (ultrasound scan examination) actuated by artificial
muscles of McKibben.
their working area with humans. Therefore, they belong to safety critical systems. In nowadays
development process, safety is often managed by the way of dependability techniques. We
propose a new global approach, based on the risk concept in order to guide designers along the
safety analysis of such complex systems. Safety depends on risk management activity, which
core is risk analysis. This one consists in three steps : system definition, hazard identification
and risk estimation. We first propose the use of UML (Unified Modeling Language) as the
description language and we integrate human factors activities for the system definition step.
Then, for the next steps, interactions of UML and risk analysis techniques such as FMECA
(Failure Mode, Effects and Criticality Analysis) and FTA (Fault Tree Analysis) are studied.
As an illustration of its potentiality, the proposed approach is then applied to the case study
of a system for robotic tele-echography (ultrasound scan examination) actuated by artificial
muscles of McKibben.
Les systèmes de la robotique de service, tels que les robots médicaux, permettent
de réaliser des tâches complexes en milieu humain, et s'intègrent à ce titre dans les systèmes à
sécurité critique. Lors de la conception de ces nouvelles applications, la sécurité est souvent
traitée grâce à des techniques de sûreté de fonctionnement. Nous proposons cependant une
nouvelle approche plus globale, basée sur la notion de risque. L'objectif de cette thèse est
de proposer une démarche aux concepteurs pour appréhender la sécurité de tels systèmes, en
intégrant le concept de risque et en se plaçant à un niveau système. La maîtrise de la sécurité
dépend alors de l'activité de gestion du risque dont le coeur est l'analyse du risque. Cette
activité centrale se décompose en trois étapes : la description du système et de son utilisation,
l'identification des dangers, et l'estimation des risques de dommages induits par l'utilisation
du système. Nous proposons d'utiliser la notation UML (Unified Modeling Language) pour la
description du système. Les modèles UML sont alors couplés avec des activités du domaine
des facteurs humains, incluses dans l'analyse du risque proposée. Puis, pour les deux étapes
suivantes, les interactions entre cette notation et des techniques d'analyse du risque comme
l'AMDEC (Analyse des Modes de Défaillance, et de leurs Effets Critiques) et les arbres de
fautes sont étudiées. Cette démarche est ensuite appliquée sur le cas concret du développement
d'un robot télé-échographe actionné par des muscles artificiels de McKibben.
de réaliser des tâches complexes en milieu humain, et s'intègrent à ce titre dans les systèmes à
sécurité critique. Lors de la conception de ces nouvelles applications, la sécurité est souvent
traitée grâce à des techniques de sûreté de fonctionnement. Nous proposons cependant une
nouvelle approche plus globale, basée sur la notion de risque. L'objectif de cette thèse est
de proposer une démarche aux concepteurs pour appréhender la sécurité de tels systèmes, en
intégrant le concept de risque et en se plaçant à un niveau système. La maîtrise de la sécurité
dépend alors de l'activité de gestion du risque dont le coeur est l'analyse du risque. Cette
activité centrale se décompose en trois étapes : la description du système et de son utilisation,
l'identification des dangers, et l'estimation des risques de dommages induits par l'utilisation
du système. Nous proposons d'utiliser la notation UML (Unified Modeling Language) pour la
description du système. Les modèles UML sont alors couplés avec des activités du domaine
des facteurs humains, incluses dans l'analyse du risque proposée. Puis, pour les deux étapes
suivantes, les interactions entre cette notation et des techniques d'analyse du risque comme
l'AMDEC (Analyse des Modes de Défaillance, et de leurs Effets Critiques) et les arbres de
fautes sont étudiées. Cette démarche est ensuite appliquée sur le cas concret du développement
d'un robot télé-échographe actionné par des muscles artificiels de McKibben.
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