Arbre de défaillance d’un GPS
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Arbre de défaillance d’un GPS
Sureté de fonctionnementJean-Charles BADOCHE
Pierre DAVYMaxime LE CADRE
4°Année3 novembre 2008
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PLAN1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique
2 . Analyse fonctionnelle - Actigrammes A0………A6
3 . Arbre de défaillance - 11 étapes de l’analyse
4 . Conclusion - Analyse - Organisation - Apport
Soutenance projet sureté de fonctionnementJean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE
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INTRODUCTION1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
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• Système électronique en relation avec les S.E.
• Le GPS : un composant transversal dans les dominantes
• Découvrir un produit utilisé dans la vie courante
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Présentation générale
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• Un système de positionnement mondial• Opérationnel pour l’armée américaine en 1978
• Espionnage/Surveillance d’un territoire• Guidage de missiles (+ précis, - de dommages collatéraux)• Positionnement des forces tactiques
• Accessible aux civils depuis 1991• Guidage des aéronefs• Calcul d’itinéraires routiers, maritimes, pédestres…• Localisation de véhicules volés (idSat)
• Précision de l’ordre de 10 m• Constellation de 32 satellites• Des systèmes alternatifs
(GLONASS, běidǒu, IRNSS, QZSS, Galileo, DORIS)( Russe Chinois Indien Japonais Européen Français)
1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
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Théorie mathématique
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• « Principe d’une onde radio qui avance à la vitesse de la lumière qui met un certain temps à parcourir une distance de A vers B »
• Avec 3 satellites on peut trianguler la position
• Cependant les horloges ne sont pas synchrones
• On mesure alors la différence tAB entre le temps d’arrivé du top venant de A et le top venant de B
• On obtient le lieu LAB des points R possible dAR - dBR = c.tAB (ellipsoïde dans l’espace)
• Avec 4 satellites, on a les coordonnées de R dans les 3 dimensions
1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
AB
CRTerre
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Théorie mathématique
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Système de coordonnées géodésique: le WGS 84
• Terre aplatie aux pôles Ellipsoïde• Surface équipotentielle de pesanteur Géoïde
• Un récepteur GPS utilise :• L’ellipsoïde pour déterminer sa position mathématique (latitude,
longitude et altitude)• Le géoïde pour déterminer la hauteur (Z)
1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
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Théorie mathématique
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Vitesse et effet Doppler
• « Une source émettrice d’ondes en déplacement comprime les ondes dans le sens du mouvement et les étire dans le sens inverse »
• On souhaite obtenir la vitesse du récepteur GPS : vitesse du satellite et fréquence du signal émis effet Doppler
• Relation de Doppler :
• Relations pour GPS mobile et Satellite mobile :
• En assemblant ces deux formules, on obtient :
1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
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Technique de transmission
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• Domaine de fréquence : L1 = 1.6GHz et L2 = 1.2 GHz• Deux signaux transmis :
• Code Coarse/Acquisition (C/A) sur L1• Code Precision (P) sur L1 et L2 (annuler l’erreur induite par l’ionosphère)
• Méthodologie de transmission : Code-Division Multiple Access (CDMA) • Plusieurs émetteurs diffusent sur le même canal par étalement de
spectre (+ résistant aux interférences)
• Intercorrélation de 2 signaux très faible : un signal ne peut donc pas être pris pour une autre
1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance
4 . ConclusionSignal à transmettre data (50 bit/s)
Porteuse
Signal réellement transmis (1023 Mbit/s)
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Technique de décodage
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• Pour faire réapparaître le signal d’origine :XOR entre la porteuse générée localement et le signal reçu
• La porteuse locale doit être la bonne (sur 32) et en phase :Le récepteur teste tous les C/A possibles avec plusieurs
décalages• Fiabilité du codage grâce à l’étalement de spectre et une intégration :
• Méthode superhétérodyne pour diminuer la fréquence à fantenne - fLO
1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Signal transmis
Signal reçu
Erreurs durant la transmission
1 bit de donnée (20460 bits supposés constants)
Signal final après intégration
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Analyse fonctionnelle
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Méthode SADT
Découpage en actigrammes :
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
A0 Orienter et donner la vitesse à l'utilisateur
A1Réceptionner le signal
A2 Convertir la fréquence
A3 Traiter le signal
A31Démoduler le signal
A32Comparer les signaux
A33Générer code C/A local
A4 Analyser le signal
A5 Acquérir la commande
A6 Afficher les données
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Analyse fonctionnelle
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Méthode SADT
Chaque actigramme se présente sous la forme :
• Alimentation électrique sous-entendue• Bits enable non indiqués dans les actigrammes
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
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1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Réceptionner le signal
A1Convertir la fréquence
A2Traiter le signal
A3Analyser le signal
A4Acquérir la commande
A5
Afficher les données
A6
Util
isat
eur o
rient
é
A0
Sign
al G
PSCommande
Actigramme A0Orienter et donner la vitesse à l’utilisateur
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1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Actigramme A1Réceptionner le signal
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1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Actigramme A2Convertir la fréquence
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1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Actigramme A3Traiter le signal
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Soutenance projet sureté de fonctionnementJean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Actigramme A31Démoduler
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Soutenance projet sureté de fonctionnementJean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Actigramme A32Comparer les signaux
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Soutenance projet sureté de fonctionnementJean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Actigramme A33Générer le code C/A local
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1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Actigramme A4Analyser le signal
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1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Actigramme A5Acquérir la commande
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1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
Actigramme A6Afficher les données
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Objectifs de l’étude
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« Calculer la probabilité d’un évènement redouté en fonction des probabilités d’occurrence de non fonctionnement des composants élémentaires. »
• Déterminer et visualiser l'ensemble des causes et des défauts qui pourraient entraîné l'apparition d'un événement redouté.
• Analyser et réduire les risques.• Appliquer une certification sur un produit
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
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Choix des normes
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• Méthode de type déductif avec représentation du système en statique• Partir d’un évènement redouté et remonter l’arbre pour trouver l’origine
du problème• Norme d’arbre de défaillance CEI 61025(Analyse par Arbre de Panne)• Logiciel RELEX®
• Créer un arbre de défaillance• Calculer la probabilité de l’évènement redouté
• Définition des icônes :• La porte OU :• Le rectangle : Evènement sommet ou intermédiaire• Le cercle : Evènement initiateur
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
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Evénement redouté
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« Non fonctionnement du système de réception GPS »
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
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Définition du systèmeet de ses limites
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• Récepteur GPS : • composants électroniques• Interface homme-machine (LCD, boutons)
• Nous considérons que :• les satellites n’ont jamais de désagréments • les stations américaines de contrôle ne tombent pas en panne• Pas de perturbation des éléments extérieures
(tunnel, champ électromagnétique élevé…)• Aucune défaillance de la batterie ni du transformateur électrique
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
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Evénements initiateurs
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A1• Antenne multidirectionnelle• Connecteur BNC• Amplificateur LNA
A2• Oscillateur• Convertisseur HF/IF
A4• CPU
A6• Module LCD
A3• Inverseur• Bascule D• Compteur programmable• Porte XOR• Compresseur d’adresse• 2 x Multiplexeur• RAM• Verrou
A5• 8 x Boutons Poussoirs• Encodeur d’adresse
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
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Evènement redouté :Analyse de Fonctionnement
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• Résultat d’un dysfonctionnement de un ou plusieurs composants• Des évènements sont liés sans faire appel aux événements du milieu
extérieur• Données de fiabilités d’un récepteur GPS à la première utilisation :
neuf et synchronisé avec au moins 4 satellites
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
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Tracé de l’arbre
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Niveau 0
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
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29
Tracé de l’arbre
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Niveau 1 A1 A2 Réception Conversion
A3 Traitement
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
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30
Tracé de l’arbre
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Niveau 1
A5 A4 Commande A6 Analyse Affichage
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
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Tracé de l’arbre
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Niveau 2A3 : Traitement
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
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Données de fiabilité
Soutenance projet sureté de fonctionnementJean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
Actigramme Composant Taux de défaillance A1
Ampli LNA 5
A2Convertisseur HF/IF 1Oscillateur 1
A3Inverseur 0,1Bascule D 0,1Compteur Programmable 0,1Portes XOR 0,01Compteur d'adresse 0,1Multiplexeur 0,1RAM 0,01Verrou 0,01
A4CPU 0,1
A5Encodeur 0,1Bouton Poussoir 1
A6Module LCD 2,5
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Calcul de la probabilité de l’évènement redouté
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Après calcul avec le logiciel Relex®,la probabilité de l’évènement redouté« Non fonctionnement du récepteur GPS » est de : 0,0230969 défaillances pour mille d’heures
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
![Page 34: Arbre de défaillance d’un GPS](https://reader035.fdocuments.fr/reader035/viewer/2022062323/568166ea550346895ddb307b/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Calcul des facteurs d’importances
Soutenance projet sureté de fonctionnementJean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
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Synthèse et recommandations
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1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt
- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse
4 . Conclusion
• En utilisation moyenne de 3h par semaine, le GPS subirait une défaillance au bout d’environ 11 années
• Notre arbre étant séparé en plusieurs sous-arbres,le calcul des facteurs d’importance est quelque peu faussé
• Tous les composants ont une fonction, aussi minime qu’elle soit celle-ci possède une importance
• Il serait judicieux de redonder certains composants critiquesafin de réduire la probabilité de défaillance du système
![Page 36: Arbre de défaillance d’un GPS](https://reader035.fdocuments.fr/reader035/viewer/2022062323/568166ea550346895ddb307b/html5/thumbnails/36.jpg)
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Conclusion
Soutenance projet sureté de fonctionnementJean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE
1 . Introduction
2 . Analyse fonctionnelle
3 . Arbre de défaillance
4 . Conclusion
• Recherche documentaire• Propriété industrielle• Modèle open-source non détaillé
• Interprétation de schémas électroniques complexes
• Autonomie• Coordination des tâches
• Découverte de RELEX ®
• Importance de la Sureté de fonctionnement
![Page 37: Arbre de défaillance d’un GPS](https://reader035.fdocuments.fr/reader035/viewer/2022062323/568166ea550346895ddb307b/html5/thumbnails/37.jpg)
Questions / Réponses