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Méthodologie JARUS pour l'Évaluation de l'automatisation
Comprendre les niveaux d'automatisation dans les opérations de UAS
L’industrie de l’aviation n’est pas étrangère à l’automatisation depuis de nombreuses années maintenant. Des pilotes automatiques dans les avions à la manipulation automatisée des bagages dans les aéroports, la technologie a joué un rôle important dans la rationalisation des opérations et l’amélioration de la sécurité. Cependant, avec l’avènement des systèmes aériens sans pilote (UAS) ou des drones, un nouveau terme a été introduit : l’autonomie. Malheureusement, ce terme a causé beaucoup de confusion et, par conséquent, les Autorités conjointes pour la réglementation des systèmes sans pilote (JARUS) ont publié un document pour fournir un cadre commun pour discuter de la mise en œuvre et de l’impact de l’automatisation progressive des fonctions.
L’automatisation fait partie de l’aviation depuis longtemps et ses avantages sont bien compris par l’industrie. En automatisant certaines tâches, les pilotes peuvent se concentrer sur des aspects plus critiques du vol, et les opérations au sol peuvent être rationalisées pour réduire les coûts et améliorer l’efficacité. Cependant, avec les UAS, le terme autonomie a été de plus en plus utilisé, ce qui a conduit à des malentendus.
Le document de JARUS vise à clarifier l’utilisation du terme autonomie et à fournir une compréhension commune de sa signification dans le contexte des opérations de UAS. Le document souligne que l’utilisation du terme autonomie devrait être réservée aux systèmes capables de fonctionner entièrement de manière indépendante sans intervention humaine. Cependant, de nombreux systèmes UAS actuels ne répondent pas à cette définition et, par conséquent, le terme autonomie ne devrait pas être utilisé pour les décrire.
Le document reconnaît également que la technologie, les procédures opérationnelles et l’infrastructure nécessaires pour atteindre une autonomie complète peuvent ne pas être encore suffisamment matures. Par conséquent, l’objectif du document n’est pas de plaider en faveur de l’approbation d’opérations ou de systèmes spécifiques, mais plutôt de fournir un contexte cohérent pour les régulateurs, l’industrie et la normalisation.
Définition des niveaux d'automatisation
L’intégration des UAS dans notre espace aérien présente des défis complexes en raison de la grande variété de systèmes et de leurs capacités. Fournir un schéma de classification unique pour les niveaux d’automatisation est difficile dans cet environnement complexe et varié. Cependant, en développant une compréhension commune des capacités et des limites des UAS, nous pouvons travailler vers une intégration sûre et efficace des UAS dans notre espace aérien.
La solution à ce problème est le domaine de conception opérationnelle (ODD). L’ODD est un mécanisme qui aide à définir la limite opérationnelle à l’intérieur de laquelle un système ou une fonction particulière a été conçu pour fonctionner. L’ODD permet aux concepteurs, aux exploitants et aux régulateurs d’évaluer les capacités d’un système d’espace aérien, d’une opération UAS spécifique, d’un UAS particulier ou même d’un sous-système ou d’une fonction au sein d’un UAS. Cependant, il est important de considérer que les avions modernes sont des plates-formes hautement intégrées avec différents modes de fonctionnement et capacités en fonction des systèmes d’information disponibles, ce qui entraîne différents niveaux d’automatisation utilisés pour la même tâche dans différents contextes.
L’ODD aide à simplifier les relations fonctionnelles compliquées. Par exemple, décrire le niveau d’automatisation dans le « mode suivez-moi » est difficile car il implique plusieurs fonctions à différents niveaux. Avec l’ODD, chaque composant de l’opération (comme la détection de l’homme, le contrôle de la dynamique de vol et la réponse aux obstacles) peut être décrit à ses niveaux spécifiques d’automatisation, tandis que la fonction « mode suivez-moi » fonctionne à un niveau potentiellement différent de contrôle automatisé.
Avant d’analyser chacun des niveaux d’automatisation, il est nécessaire de comprendre les concepts suivants :
L’humain dans la boucle (HITL)
Est une méthode de contrôle de système qui implique l’implication directe de l’humain dans la fourniture d’entrées et l’évaluation des sorties pour gérer les paramètres du système. Cette approche permet aux humains de faire partie intégrante de la boucle de contrôle et de jouer un rôle actif dans les opérations du système.
L’humain sur la boucle (HOTL)
Est une méthode de contrôle de système dans laquelle un humain est impliqué dans la surveillance d’une machine qui fournit des entrées et évalue des sorties pour gérer les paramètres du système. Cela est différent de la méthode « humain dans la boucle » (HITL), où un humain fournit directement des entrées et évalue des sorties pour gérer les paramètres du système.
Dans la méthode HOTL, l’humain n’a pas de contrôle direct sur le système mais surveille son fonctionnement. La machine est responsable de prendre des décisions et d’accomplir des tâches, tandis que l’humain est responsable de s’assurer que le système fonctionne correctement et en toute sécurité.
La méthode HOTL fournit une couche supplémentaire de sécurité et de fiabilité au système, car l’humain peut intervenir et prendre le contrôle si nécessaire. Cela permet le développement de systèmes plus complexes et autonomes tout en veillant à ce qu’un humain soit impliqué dans le processus de prise de décision.
Hors de la boucle humaine
Réfère à une méthode de contrôle de système dans laquelle il n’y a pas d’implication humaine dans la surveillance ou la gestion des paramètres du système. Au lieu de cela, une machine est responsable de fournir des entrées et d’évaluer des sorties pour garantir que le système fonctionne correctement. Ce type de contrôle est souvent utilisé dans les systèmes hautement automatisés où la machine est capable de fonctionner de manière indépendante sans nécessiter d’intervention humaine.
Définition des niveaux d'automatisation
Niveau 0 – Opération manuelle
L’humain exécute manuellement la fonction sans recevoir de soutien de la machine.
Niveau 1 – Opération assistée
Les fonctions à ce niveau d’automatisation sont conçues pour aider l’humain à effectuer des tâches. La machine fonctionne dans un rôle de soutien en dehors de la boucle des actions humaines. Bien que l’humain reste en contrôle de l’exécution de la fonction, la machine peut fournir une assistance limitée dans l’ODD désigné, comme fournir des informations pertinentes.
Niveau 2 – Réduction des tâches
Ce niveau d’automatisation implique un contrôle et une surveillance partagés entre l’humain et la machine, où la machine assume un rôle de gestion dans la boucle pour aider à réduire la charge de travail et / ou le niveau de compétence requis pour accomplir la tâche. Bien que l’humain dirige toujours l’exécution de la fonction, la machine fournit maintenant un niveau de soutien plus important au sein d’un ODD clairement défini.
Niveau 3 – Automatisation supervisée
À ce niveau d’automatisation, la machine effectue la fonction tandis que l’humain supervise et peut intervenir si nécessaire. L’humain n’est pas au courant des états internes de la machine mais supervise les résultats pour des raisons de sécurité. La machine mène l’exécution dans un ODD défini, mais l’humain la surveille en continu et doit avoir les informations nécessaires pour intervenir si nécessaire. Une conception de facteurs humains minutieuse est requise pour garantir que l’humain dispose de toutes les informations nécessaires pour passer de « sur la boucle » à « dans la boucle » lorsque cela est nécessaire.
Niveau 4 – Gestion par exception
À ce niveau d’automatisation, la machine effectue la fonction de manière indépendante et alerte l’humain seulement lorsqu’un problème survient. Contrairement aux niveaux inférieurs, l’humain n’est pas tenu de surveiller la fonction en temps réel, mais doit être disponible et capable d’intervenir si nécessaire. Une fois que la machine a prouvé sa capacité à effectuer toute la fonction de manière efficace et à répondre à l’environnement, l’équipage peut lui faire confiance pour fonctionner sans supervision humaine dans un ODD spécifié. Construire la confiance nécessite de garantir la fiabilité du système, y compris le respect des attentes de sécurité en termes de fiabilité, d’intégrité et d’assurance.
Par exemple, la première orientation utilisable de l’EASA pour les applications d’apprentissage automatique de niveau 1 – Problème 1 fournit des orientations pour les méthodes basées sur l’IA basées sur les données. Un exemple à l’échelle du système de ce niveau d’automatisation est le système autonome de surveillance « drone-in-a-box ».
Niveau 5 – Automatisation complète
Dans une fonction entièrement automatisée, la machine assume l’entière responsabilité de l’exécution de la tâche, tandis que la compréhension de l’humain des paramètres opérationnels est minimale ou inexistante. L’interaction de l’humain avec la machine est généralement limitée à la fourniture de directives stratégiques, telles que la planification de vol préalable, et à l’observation des résultats. De plus, sans autorisation spéciale, l’humain ne peut pas intervenir en temps réel en raison de limitations pratiques ou d’exclusion délibérée dans l’ODD. De telles opérations devraient nécessiter des technologies avancées, telles que l’intelligence artificielle, ou des limites strictes sur l’ODD pour restreindre l’opération de la fonction autonome.
Voici un exemple de la façon dont la commande de vitesse de vol serait utilisée dans un UAS selon les niveaux indiqués :
- Au niveau 0, le pilote a un contrôle manuel de la manette des gaz sans mesure de la vitesse de l’air.
- Au niveau 1, le système fournit la vitesse de l’air actuelle et les limites minimales / maximales pour que le pilote ajuste la manette des gaz / RPM.
- Au niveau 2, le pilote commande directement la vitesse de l’air et la machine contrôle le RPM / la manette des gaz si nécessaire.
- Au niveau 3, la machine définit la commande de vitesse de l’air sous la supervision du pilote.
- Au niveau 4, la machine définit la commande de vitesse de l’air et avertit le pilote si les limites prédéfinies sont dépassées.
- Au niveau 5, il n’y a pas d’attente de surveillance ou d’intervention de pilote dans le contrôle de la vitesse de vol à toutes les étapes du vol.