Ergonomie des systèmes homme-machine Conception et coopération Traité IC2, série Systèmes automatisés

Dans le domaine de la conception de systèmes, l’humain est indispensable à la machine. La résolution des problèmes et les décisions sont modélisées en s’inspirant des sciences cognitives. Ergonomie des systèmes homme-machine développe cette approche de conception et d’évaluation centrée sur l’humain.

L'analyse des composantes premières, homme - procédé - tâche, est complétée par des aspects organisationnels qui impliquent un niveau d'automatisation, un partage de l'autorité et des tâches ou des fonctions entre décideurs humains et outils d'aide. Ces partages peuvent être statiques et fixés dès la conception, ou évoluer dynamiquement selon des critères intégrant la performance du système global, la charge de travail humaine et le niveau de responsabilité. Ce volume traite également de l’évaluation des systèmes et des principes d'une véritable coopération entre homme et machine.

Destiné aux ingénieurs et chercheurs spécialisés en informatique, en automatique, en productique ou en robotique, ce volume se focalise sur les domaines au sein desquels les failles des systèmes homme-machine sont particulièrement critiques, comme l’industrie nucléaire, l'aéronautique ou l’automobile.

Préface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Bernard DUBUISSON

Introduction. Les systèmes homme-machine et l’ergonomie . . . . . . . . . . 19

Patrick MILLOT

PREMIÈRE PARTIE. CONCEPTION DES SYSTÈMES HOMME-MACHINE . . . . . . 29

Chapitre 1. La conception centrée sur l’homme . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Patrick MILLOT

1.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.2. Le triangle tâche-système-opérateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.2.1. Maîtriser la diversité des tâches selon les situations . . . . . . . . . 32

1.2.2. Maîtriser la complexité du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

1.2.3. Maîtriser la complexité humaine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

1.3. L’organisation du système homme-machine . . . . . . . . . . . . . . . . 49

1.3.1. Le rôle ambigu de l’opérateur dans les systèmes automatisés . . . 49

1.3.2. Attribuer à l’homme son juste rôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

1.3.3. Partager les tâches et les fonctions entre hommes et machines . . 52

1.4. Méthodologie de conception centrée sur l’homme . . . . . . . . . . . . . 60

1.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

1.6. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Chapitre 2. Intégration de l’ergonomie dans la conception des systèmes homme-machine . . . . . 69

Christine CHAUVIN, Jean-Michel HOC

2.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

2.2. Approches classiques et partielles du système . . . . . . . . . . . . . . . 72

10 Ergonomie des systèmes homme-machine

2.2.1. Approche centrée sur la machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

2.2.2. Approches centrées sur l’homme et l’activité . . . . . . . . . . . . 74

2.3. La notion centrale de l’efficience (Long, Dowell et Timmer) . . . . . . 78

2.4. Une approche intégrée : le Cognitive Work Analysis . . . . . . . . . . . 84

2.4.1. L’analyse du domaine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

2.4.2. Analyse des tâches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

2.4.3. Analyse des stratégies de traitement de l’information . . . . . . . 95

2.4.4. Approche socio-organisationnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

2.4.5. Analyse des compétences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

2.4.6. Quelques remarques générales sur l’approche intégrée . . . . . . . 102

2.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

2.6. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Chapitre 3. Utilisation des accidents dans les activités de conception : cas des accidents de la route. . . . . 111

Gilles MALATERRE, Hélène FONTAINE, Marine MILLOT

3.1. Accidents, correction et prévention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

3.2. L’analyse des accidents spécifique au domaine routier . . . . . . . . . . 113

3.2.1. L’accident de la route comme unité statistique . . . . . . . . . . . . 113

3.2.2. L’accident comme outil de diagnostic . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

3.3. Approche par les besoins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

3.3.1. Définition des besoins à partir des analyses d’accidents . . . . . . 116

3.3.2. Cas particulier du milieu urbain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

3.4. Les analyses a priori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

3.5. Quelles aides pour quels besoins ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

3.5.1. Heurt d’un véhicule à l’arrêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

3.5.2. Le heurté est en attente de mouvement tournant sur RN ou RD. . . . . . . . . . . . . . . . 126

3.5.3. Rattrapage d’un véhicule plus lent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

3.5.4. File dense : incident majeur en tête de peloton . . . . . . . . . . . . 128

3.5.5. File dense : accident violent se produisant juste devant . . . . . . 128

3.5.6. File dense : ralentissement brutal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

3.6. Cas particulier des systèmes coopératifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

3.7. Utilisation des résultats pour la conception . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

3.7.1. Détection d’un usager plus lent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

3.7.2. Détection de plusieurs véhicules arrêtés, obstruant toutes les voies. . . . . . . . . . . . . . 133

3.7.3. Détection d’un véhicule arrêté obstruant complètement ou partiellement une voie.. . . . . . . . 133

3.7.4. Détection d’un véhicule se préparant à tourner à gauche . . . . . . 133

3.7.5. Détection d’un deux-roues léger circulant sur le bord droit de la chaussée. . . .134

3.7.6. Détection d’une perturbation en tête de file. . . . . . . . . . . . . . 134

3.7.7. Prévention des insertions sauvages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

3.7.8. Prévention des collisions frontales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

3.8. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

3.9. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

DEUXIÈME PARTIE. MODÈLES D’ÉVALUATION DES SYSTÈMES HOMME-MACHINE. . . . . . . . . 139

Chapitre 4. Modèles fondés sur l’analyse du comportement humain : exemple de la détection d’hypovigilance en conduite automobile. . . . . . . 141

Jean-Christophe POPIEUL, Pierre LOSLEVER, Philippe SIMON

4.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

4.2. Les différents modèles utilisés en détection et diagnostic . . . . . . . . . 142

4.2.1. Les méthodes à base de modèle de connaissance . . . . . . . . . . 142

4.2.2. Les méthodes de classification : reconnaissance des formes . . . . 145

4.3. Le cas des systèmes homme-machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

4.4. Exemple d’application : la conduite automobile . . . . . . . . . . . . . . 157

4.4.1. La conduite automobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

4.4.2. Problématique du diagnostic des baisses de vigilance . . . . . . . 160

4.4.3. Approche mise en oeuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

4.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

4.6. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

Chapitre 5. Evaluation de la fiabilité humaine en ingénierie des systèmes. . . .189

Frédéric VANDERHAEGEN, Peter WIERINGA, Pietro Carlo CACCIABUE

5.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

5.2. Principes d’évaluation de la fiabilité humaine . . . . . . . . . . . . . . . 191

5.2.1. Fiabilité humaine versus erreur humaine . . . . . . . . . . . . . . . 191

5.2.2. Démarche générale d’analyse de la fiabilité humaine . . . . . . . . 192

5.2.3. Revue synthétique de méthodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

5.2.4. Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

5.3. Analyse de la fiabilité dynamique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

5.3.1. La méthode DYLAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

5.3.2. La méthode HITLINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

5.4. Analyse de tâches détournées et ajoutées . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

5.4.1. Principes de la méthode ACIH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

5.4.2. Acceptabilité et évaluation des comportements humains . . . . . . 205

5.4.3. Exemple d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

5.5. Perspectives pour la conception de systèmes sûrs . . . . . . . . . . . . . 211

5.6. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

5.7. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

TROISIÈME PARTIE. COOPÉRATION HOMME-MACHINE . . . . . . . . . . . . . . 219

Chapitre 6. Le raisonnement causal, un outil pour la coopération homme-machine. . . . . . . . 221

Jacky MONTMAIN

6.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

6.2. La supervision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

6.3. Modélisation qualitative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

6.3.1. Les origines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

6.3.2. Les courants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

6.3.3. L’évolution du raisonnement qualitatif . . . . . . . . . . . . . . . . 231

6.4. Graphes causaux et simulation événementielle . . . . . . . . . . . . . . . 233

6.4.1. Le graphe causal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

6.4.2. Evolution et événement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

6.4.3. Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

6.5. Hiérarchie de modèles de comportement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

6.5.1. Définition d’une hiérarchie de graphes . . . . . . . . . . . . . . . . 249

6.5.2. Conception de la hiérarchie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

6.5.3. Construction en ligne des graphes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

6.6. Filtrage de défauts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

6.6.1. Causalité et simulateurs numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

6.6.2. Génération de résidus et structure causale . . . . . . . . . . . . . . 259

6.6.3. Interprétation des différentes erreurs pour la localisation et le filtrage de défauts. . . . . . 261

6.6.4. Avantages pour la supervision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

6.7. Discussion et conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

6.8. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

Chapitre 7. Coopération homme-machine : approche fonctionnelle . . . . . 283

Jean-Michel HOC

7.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

7.2. Une approche fonctionnelle de la coopération . . . . . . . . . . . . . . . 285

7.3. La coopération dans l’action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

7.4. La coopération dans la planification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

7.5. La métacoopération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

7.6. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

7.7. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

Chapitre 8. L’espace de travail commun pour l’aide à la supervision et à la coopération homme-machine. . . . . 295

Serge DEBERNARD, Bernard RIERA, Thierry POULAIN

8.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

8.2. Coopération homme-machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

8.2.1. Définitions de la coopération homme-machine . . . . . . . . . . . 297

8.2.2. Caractérisation des activités de coopération . . . . . . . . . . . . . 299

8.2.3. Espace de travail commun : support de la coopération homme-machine. . . . .301

8.3. Application au contrôle du trafic aérien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

8.3.1. Répartition dynamique de tâches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

8.3.2. Le contrôle du trafic aérien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

8.3.3. Premières études : les projets SPECTRA . . . . . . . . . . . . . . . 307

8.3.4. Projet AMANDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

8.4. Application à un procédé de retraitement de combustibles nucléaires. . . . . 313

8.4.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

8.4.2. Les tâches humaines de supervision . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

8.4.3. Méthodologie de conception d’outils de supervision adaptés à l’homme.. . . . . . . 318

8.4.4. Améliorations du système de surveillance et de diagnostic . . . . 319

8.4.5. Le raisonnement approché . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

8.4.6. Intégration des principes cognitifs dans la conception des outils de supervision. . . . . 326

8.4.7. Un exemple de système de supervision avancé (SSA) . . . . . . . 331

8.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

8.6. Acronymes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341

8.7. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341

Chapitre 9. Coopération homme-machine et Situation Awareness . . . . . . 349

Patrick MILLOT, Marie-Pierre PACAUX-LEMOINE

9.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

9.2. Situation Awareness collective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350

9.3. Approches structurelles de la coopération homme-machine . . . . . . . 352

9.3.1. Répartition dynamique des tâches : structure horizontale de coopération. . . . 353

9.3.2. Structure verticale pour la coopération . . . . . . . . . . . . . . . . 354

9.3.3. Structure multiniveau de répartition dynamique des tâches . . . . 357

9.4. Coopération homme-machine : approche fonctionnelle . . . . . . . . . . 359

9.4.1. Agents coopératifs, formes coopératives . . . . . . . . . . . . . . . 359

9.4.2. Organisation et coopération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

9.4.3. Facteurs humains activateurs ou inhibiteurs de coopération . . . . 364

9.4.4. Organisation coopérative multiniveau . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

9.4.5. Espace de travail commun ETC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

9.5. Espace de travail commun pour la SA d’équipe . . . . . . . . . . . . . . 373

9.6. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

9.7. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

Patrick MILLOT

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381