ChatGPT : Architecture, Prototypage, Analyse de Risque Système (partie 4)

Je propose dans cette série d'articles "ChatGPT et Ingénierie Systèmes" d'évaluer, à date, l'utilité de cet outil d'IA générative dans un cadre industriel comme une aide à la conception, développement, validation de Produits. Je nomme cela le SEGAIA (Systems Engineering GenAI-Assisted).

Je vous conseille la lecture des articles précédents avant d'attaquer celui-ci : Besoin, Faisabilité, Spécification.

Exemple d’application : un cuit-vapeur

Notre sujet d’application reste : le cuit-vapeur.

Aide n°5: Définition de l’Architecture Système porteuse des Exigences Système

Maintenant qu’on a des exigences, et qu’on sait comment les vérifier, à quoi ressemblera le Système qui portera ces exigences et passera avec succès ces tests ?

Prompting d’un ingénieur débutant

Mon Prompt :

Pour le système dont les exigences systèmes et les tests sont cités précédemment, détaille l'architecture qui va porter ces exigences et passer avec succès les tests :
- l'architecture opérationnelle (quelles phases de vie, quels use cases)
- l'architecture fonctionnelle (états, modes, fonctions et sous-fonctions)
- l'architecture matérielle (les grands composants physique qui constituent le système, et une estimation d'un coûts de revient pour l'architecture complète)
Ces architectures doivent également prendre en considération le fait que le Système doit être Maintenable, Industrialisable et à produire en série.

Réponse du bot :

**Architecture Opérationnelle :**

*Phases de Vie :*

**Initialisation :** L'utilisateur allume le cuit-vapeur.

**Configuration :** L'utilisateur ajuste les paramètres de cuisson.

**Préchauffage :** Le cuit-vapeur atteint la température optimale.

**Cuisson :** Les aliments sont cuits à la vapeur.

**Maintien :** Le cuit-vapeur maintient la température après lacuisson.

**Arrêt :** La cuisson est terminée, le cuit-vapeur s'éteint.

*Use Cases :*

**Use Case 1 :** Démarrage de la Cuisson

**Use Case 2 :** Réglage des Paramètres

**Use Case 3 :** Cuisson Automatique

**Use Case 4 :** Maintien de la Température

**Use Case 5 :** Arrêt du Cuit-Vapeur

‍

**Architecture Fonctionnelle :**

*États :*

**État 1 :** Attente d'Initialisation

**État 2 :** Configuration en Cours

**État 3 :** Préchauffage

**État 4 :** Cuisson

**État 5 :** Maintien de la Température

**État 6 :** Arrêt

*Modes :*

**Mode Automatique :** Détection automatique des aliments.

-**Mode Manuel :** Réglage manuel des paramètres.

*Fonctions et Sous-Fonctions :*

**Fonction 1 :** Contrôle de la Température

  *Sous-Fonction 1.1 :* Préchauffage

  *Sous-Fonction 1.2 :* Maintien de la Température

**Fonction 2 :** Interface Utilisateur

  *Sous-Fonction 2.1 :* Réglage des Paramètres

  *Sous-Fonction 2.2 :* Notification Visuelle et Sonore

**Fonction 3 :** Détection Automatique des Aliments

**Fonction 4 :** Sécurité

  *Sous-Fonction 4.1 :* Arrêt en Cas de Mauvaise Manipulation

**Fonction 5 :** Gestion de l'Énergie

  *Sous-Fonction 5.1 :* Consommation Énergétique Optimisée

‍

**Architecture Matérielle :**

*Grands Composants Physiques :*

1.**Unité de Contrôle Électronique (UCE) :** Gère l'interface utilisateur, le contrôle de la température, la détection automatique des aliments, la sécurité, et la gestion de l'énergie.

2.**Élément de Chauffage :** Responsable du préchauffage et du maintien de la température.

3.**Capteurs de Température :** Mesurent la température interne et externe.

4.**Interface Utilisateur :** Comprend l'écran, les boutons et les indicateurs lumineux.

5.**Mécanisme de Détection Automatique :** Utilise des capteurs spécifiques.

6.**Système de Sécurité :** Inclut des mécanismes d'arrêt d'urgence.

7.**Alimentation Électrique :** Fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement.

*Estimation des Coûts de Revient :*

**UCE :** 150$

**Élément de Chauffage :** 50$

**Capteurs de Température :** 20$

**Interface Utilisateur :** 30$

**Mécanisme de Détection Automatique :** 40$

**Système de Sécurité :** 25$

**Alimentation Électrique :** 15$

**Autres Composants et Matériaux :** 70$

*TotalEstimé : 400$ par unité.*

‍

**Considérations pour la Maintenabilité, l'Industrialisation et la Production en Série :**

*Maintenabilité :*

-Conception modulaire pour faciliter le remplacement des composants défectueux.

-Intégration de diagnostics automatiques pour simplifier la détection des pannes.

*Industrialisation :*

-Standardisation des composants pour optimiser la production en série.

-Choix de matériaux facilement disponibles sur le marché.

-Processus de fabrication automatisé pour assurer une production efficace.

*Production en Série :*

-Planification de la production basée sur une demande prévue.

-Utilisation de lignes de production automatisées pour augmenter l'efficacité.

-Contrôle de la qualité à chaque étape de la production pour garantir la conformité aux spécifications.

‍

Ce que j’ai eu :

• Ce que j’ai demandé

Ce que je n’ai pas eu :

• Une intégration des considérations de Maintenance etc. directement dans l’architecture (plutôt que simplement sous forme de conseils additionnels en fin de réponse).

C’est bien :

• ‍‍Il propose véritablement une architecture physique puisqu’il parle de centraliser l’intelligence dans un « UCE » (traduction directe de ECU).
• Des coûts sont donnés (semblent être pour un nombre d’exemplaire différent de 1, mais non précisé)
• Il propose des PBIT/CBIT pour monitorer le bon fonctionnement

C’est moins bien :

• ‍‍Je n’aurais pas choisi ces Etats et ces Modes, mais cela se défend. Cela a en tout cas le mérite d’ouvrir les questions et le débat pour en discuter entre ingénieurs et prendre des décisions.
• Il manque des fonctions basiques et essentielles (quid de contenir de l’eau ? les aliments ?)
• On semble s’éloigner du cuit-vapeur pour flirter plutôt avec l’auto-cuiseur sur certains éléments de réponse… voire le multi cuiseur. Une relecture attentive est visiblement nécessaire.
• Les conseils d’industrialisation et de production sont relativement basiques et incomplets

Pertinence et gain de temps pour un Ingénieur Systèmes débutant : Encore une fois, la relecture est inévitable et les modifications aussi. Mais je suis relativement impressionné par les réponses. C’est à n’en pas douter une bonne aide pour les débutants.

Et pour un expert de l’Ingénierie Systèmes ?

Comme pour les tests précédents, je considère qu’un prompt niveau Ingénieur Systèmes expert à ce stade est un prompt qui pointe les oublis de chatGPT et lui demande de compléter.

Ma question :

Tu as oublié des fonctions basiques et essentielles qui participent à la réponse aux exigences Systèmes. Par exemple :
-le fait de contenir de l'eau
-de contenir des aliments

De plus, tes conseils pour la production, l'industrialisation et la maintenance apparaissent comme des indications décorrélées de l'architecture que tu proposes.Peux-tu:
-ajouter les fonctions oubliées (il y en a d'autres)
-intégrer dans l'architecture proposée les considérations de production, l'industrialisation et la maintenance sous forme de choix techniques ?

Réponse :

[...]

**Architecture Fonctionnelle (mise à jour) :**

**Fonctions et Sous-Fonctions :**

**Fonction 1 :** Contrôle de la Température

  *Sous-Fonction 1.1 :* Préchauffage

  *Sous-Fonction 1.2 :* Maintien de la Température

**Fonction 2 :** Interface Utilisateur

  -*Sous-Fonction 2.1 :* Réglage des Paramètres

  -*Sous-Fonction 2.2 :* Notification Visuelle et Sonore

**Fonction 3 :** Détection Automatique des Aliments

**Fonction 4 :** Sécurité

  *Sous-Fonction 4.1 :* Arrêt en Cas de Mauvaise Manipulation

**Fonction 5 :** Gestion de l'Énergie

  *Sous-Fonction 5.1 :* Consommation Énergétique Optimisée

**Fonction 6 :** Containment des Aliments

**Fonction 7 :** Containment de l'Eau

‍

**Architecture Matérielle (mise à jour) :**

**Grands Composants Physiques :**

1.**Unité de Contrôle Électronique (UCE) :** Gère l'interface utilisateur, le contrôle de la température, la détection automatique des aliments, la sécurité, et la gestion de l'énergie.

2.**Élément de Chauffage :** Responsable du préchauffage et du maintien de la température.

3.**Capteurs de Température :** Mesurent la température interne et externe.

4.**Interface Utilisateur :** Comprend l'écran, les boutons et les indicateurs lumineux.

5.**Mécanisme de Détection Automatique :** Utilise des capteurs spécifiques.

6.**Système de Sécurité :** Inclut des mécanismes d'arrêt d'urgence.

7.**Alimentation Électrique :** Fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement.

8.**Contenant des Aliments :** Structure pour contenir les aliments.

9.**Réservoir d'Eau :** Contient l'eau pour la génération de vapeur.

**Estimation des Coûts de Revient (mise à jour) :**

**UCE :** 150$

**Élément de Chauffage :** 50$

**Capteurs de Température :** 20$

**Interface Utilisateur :** 30$

**Mécanisme de Détection Automatique :** 40$

**Système de Sécurité :** 25$

**Alimentation Électrique :** 15$

**Contenant des Aliments :** 60$

**Réservoir d'Eau :** 60$

**Autres Composants et Matériaux :** 80$

*TotalEstimé : 600$ par unité.*

‍

**Considérations pour la Production, l'Industrialisation, et la Maintenance (mise à jour) :**

**Production et Industrialisation :**

-Utilisation de matériaux standardisés et faciles à fabriquer.

-Processus de production automatisé pour assurer une qualité constante.

-Intégration de composants modulaires pour faciliter la maintenance et le remplacement.

**Maintenance :**

-Conception modulaire pour faciliter le remplacement des composants défectueux.

-Intégration de diagnostics automatiques pour simplifier la détection des pannes.

-Utilisation de matériaux résistants à l'usure pour augmenter la durabilité.

[...]

‍

Ce que j’ai eu :

• Une liste mise à jour avec les 2 éléments très précis que je lui ai pointé (contenant pour l’eau et pour les aliments)

Ce que je n’ai pas eu :

• Une recherche plus lointaine de sa part sur ce qu’il manquait.
• J’espérais qu’il me parle de joint, d’étanchéité etc. étant donné que je l’ai mis sur la piste d’un contenant d’eau.

C’est moins bien :

• Il s’est contenté de rajouter ce que je lui ai dit qu’il avait oublié, sans plus de recherche que cela.
• Il n’y a pas eu de modif de l’architecture pour insister sur la maintenabilité, productibilité, industrialisation
• Le prix total ne correspond plus à la somme des prix de chaque élément !

Pertinence et gain de temps pour un Ingénieur Systèmes expert : Pas sûr qu’on arrive à en tirer davantage que cela pour des considérations d’architecture. On peut toujours se servir de chatgpt pour éviter des oublis évidents, mais guère plus ici.

Conclusions pour une Architecture Système : ChatGPT est valable pour se donner des idées, mais guère davantage.

Aide n°6 : Modélisation/Prototypage + Analyse de Risques au niveau Système

Maintenant qu’on a un jeu d’exigences Systèmes, un plan de Vérif, une architecture porteuse, on peut se demander comment dérisquer le reste du Projet.

Soit vous êtes un spécialiste du cuit-vapeur, et il est probable que vous n’ayez pas besoin de vous rassurer ici. D’autant plus si vous êtes passés par la phase de Faisabilité. Soit vous n’êtes pas spécialiste (ou vous voulez vraiment révolutionner le cuit vapeur via une innovation radicale), dans ce cas peut-être identifiez-vous ici des risques sur lesquels vous voulez vous rassurer.

Pour l’exemple, en voici un : Difficulté à réaliser une étanchéité assez efficace pour que la zone de l’électronique reste bien séparée de la zone qui contient l’eau à chauffer. Et ce, malgré les variations de températures et les cyclages thermiques vont modifier la structure mécanique et la faire vieillir. Les dimensions vont changer et les joints ne vont peut-être plus faire leur office, soit lors d’un premier fonctionnement, soit à la longue, soit les 2.

Pour dérisquer dès maintenant, on pourrait penser à :

• Faire une CAO et réfléchir à l’intégration mécanique
• Faire un proto physique (impression 3D ?) et vérifier l’assemblage
• Faire des simulations thermiques sur cette CAO et voir les dilatations diverses
• Faire des simulations de fatigue mécanique sur cette CAO
• Faire des tests de cyclage thermique réels sur les matériaux de structures et joints envisagés (ou sur le proto directement)
• Rétroingénierie d’un cuit-vapeur d’un concurrent pour voir quels ont été les choix et astuces techniques opérés
• Faire en sorte de ne pas avoir à se poser la question de l’étanchéité et de son risque en éloignant la partie électronique de la partie contenant l’eau (si de l’eau fuit, cela n’aura aucune chance d’impacter l’électronique)
• Etc.

Prompting d’un ingénieur débutant

Mon Prompt :

Pour l'architecture et les exigences systèmes que tu proposes :
-identifie les risques associés
-propose une façon de mitiger ces risques

Rédige ces éléments sous forme de tableau.
Ensuite , pour ces risques, propose des prototypages ou simulations permettant de se rassurer

‍

Sa Réponse pour l'analyse de Risques :

Réponse sur la partie prototypage/modélisation :

[...]

  Simulation de Préchauffage : Utilisez un prototypage thermique pour simuler le temps de préchauffage sous différentes conditions ambiantes.Mesurez la stabilité thermique et ajustez le design en conséquence.

  Tests d'Interface Utilisateur : Créez des prototypes interactifs pour tester l'interface utilisateur avec des utilisateurs représentatifs.Obtenez des retours et ajustez l'interface en conséquence.

  Simulations de Contrôle Thermique : Utilisez des simulations informatiques pour modéliser le contrôle de la température et vérifier la stabilité sous différentes charges thermiques.

  Tests de Notification : Réalisez des tests utilisateur pour évaluer la clarté des notifications. Affinez le design en fonction des résultats des tests.

  Tests de Détection Automatique : Prototyper des scénarios avec différents types d'aliments pour évaluer la précision de la détection automatique. Ajustez les algorithmes en conséquence.

  Tests de Sécurité : Effectuez des simulations de mauvaise manipulation pour vérifier la réactivité des mécanismes de sécurité. Ajustez les paramètres de sécurité en fonction des résultats.

  Simulation de Consommation d'Énergie : Utilisez des outils de simulation énergétique pour évaluer la consommation d'énergie prévue et optimiser les composants en conséquence.

  Tests de Maintien de Température : Prototyper des scénarios de maintien de la température pour évaluer la performance dans des conditions réelles. Ajustez les matériaux isolants si nécessaire.

  Tests Environnementaux : Utilisez des simulations et des prototypes pour tester la résistance aux contraintes mécaniques, thermiques,électromagnétiques et chimiques.

  Vérification de Conformité aux Normes : Engagez des experts pour effectuer des évaluations et des tests afin de garantir la conformité aux normes réglementaires.

  Tests de Fiabilité et de Disponibilité : Réalisez des tests prolongés et des simulations de pannes pour évaluer la fiabilité et la disponibilité du système. Intégrez des mécanismes de récupération.

[...]

Ce que je voulais :

• Un tableau d’AdR
• Des idées de proto/modèles pour voir où on mets les pieds avec ce jeu d’exigences

Ce que j’ai eu :

• Ce qui a été demandé

Ce que je n’ai pas eu :

• Rien à signaler

C’est bien :

• Les moyens de mitigations sont OK
• Les idées de proto/modélisation sont OK

C’est moins bien :

• C’est le niveau 0 de l’analyse de risque. Pour chaque exigence il faudrait regarder 5 risques génériques. Se soucier de la stabilité de la boucle de contrôle de température est certainement pertinent, quid de si elle ne se lance carrément pas ?

Pertinence et gain de temps pour un Ingénieur Systèmes débutant : encore une fois, cela lance bien un ingénieur débutant sur ce qu’il a à faire. Mais il devra quand même se creuser la tête pour compléter ce que lui donne ChatGPT.

Et pour un expert de l’Ingénierie Systèmes ?

La question :

Peux-tu reprendre le tableau des risques en faisant, pour chaque exigence, l'analyse des risques suivants :
-Risque 1 : la fonction liée à l'exigence système est absente
-Risque 2 : la fonction liée à l'exigence système ne se lance pas
-Risque 3 : la fonction liée à l'exigence système se lance de manière intempestive
-Risque 4 : la fonction liée à l'exigence système ne s'arrête pas
-Risque 5 : la fonction liée à l'exigence système fonctionne seulement de manière dégradée
et en proposant une mitigation pour chacun de ces risques si possible

Réponse :

Ce que je voulais :

• Une AdR avec le framework « 5 Risques »
• Des mitigation pour chaque risques

Ce que j’ai eu :

• A peu près tout, sauf des mitigations pour chaque risque (j’aurai sûrement dû mieux tourner mon prompt)

Ce que je n’ai pas eu :

• Rien à signaler

C’est bien :

• Je suis étonné de l’application pertinente du framework « 5 Risques » à chaque exigence. Sur 12 exigences, ça paraît être un gain d’effort relativement faible. Mais imaginez 800 exigences à traiter x 5 risques génériques !
• Le leviers de mitigations sont pour la plupart pertinents (redondances, études utilisateurs, …)

C’est moins bien :

• Certaines mitigations sont overkill (recalibrage régulier de capteurs de température… Si tant est que pour un cuit vapeur un capteur soit utile).

A noter :

J’aurais du lui demander de noter chaque risque avant et après mitigation selon leur probabilité, détectabilité et gravité (comme dans un AMDEC).

Pertinence et gain de temps pour un Ingénieur Systèmes expert : La génération des risques pour chaque exigence semble tout à fait pertinente et j'en suis très agréablement surpris ! Ainsi que certains leviers de mitigation des risques. Un gain certain est apporté à ce niveau-là !

Conclusions pour les Modélisations/Prototypages, et Analyses de Risques :

Tout à fait pertinent et gain de temps certains à la génération des AdR ! De cette AdR on peut ensuite décider des prototypages/simulations à réaliser à ce stade du Projet.

Quelques mots pour conclure sur l'Architecture, l'Analyse de Risques et le Prototypage via chatGPT

Niveau Architecture, je suis moins convaincu. Il doit falloir un certain nombre de prompts avant d'avoir quelque chose de satisfaisant.

Par contre, je suis impressionné par l'analyse de risques qui peut être menée avec cet outil !

Les idées de prototypages et modélisations sont bonnes.

En bref, le SEGAIA :

• ‍‍Pour un Systémier débutant : chatGPT est encore une fois pertinent pour se mettre le pied à l'étrier
• Pour un professionnel aguerri, l'exploitation de cet outil pour faire des analyses de risques et prévoir des dérisquages est clairement à envisager !

Aurélien NARDINI