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1 - CONTEXTE

  • 1.1 - Démarche
  • 1.2 - Définition et convention
  • 1.3 - Justification rédactionnelle
  • 1.4 - Évolution historique

2 - DÉCOMPOSITION FONCTIONNELLE

3 - TECHNOLOGIES ET SOLUTIONS

  • 3.1 - Ethernet et technologies web
  • 3.2 - Internet des objets
  • 3.3 - Intelligence artificielle

4 - FUTURS ENJEUX ET CHALLENGES

  • 4.1 - Automatisation de la conduite et autonomie
  • 4.2 - Connectivité train/sol et distribution applicative
  • 4.3 - Digitalisation et virtualisation
  • 4.4 - Maintenance prédictive
  • 4.5 - Sécurité et cybersécurité

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : TRP3075 v1

Futurs enjeux et challenges
Le contrôle/commande ferroviaire

Auteur(s) : Christian CHAUMETTE

Date de publication : 10 déc. 2020

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Auteur(s)

  • Christian CHAUMETTE : Architecte général Contrôle/Commande et Systèmes d’Information Alstom, Saint-Ouen, France

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INTRODUCTION

Le contrôle/commande est au cœur de l’architecture électronique des systèmes de transport ferroviaire qui sont embarqués à bord des trains. Il supporte en effet la grande majorité des fonctions opérationnelles nécessaires à l’exploitation et à la maintenance de ces derniers, de la gestion des mouvements proprement dits, jusqu’au divertissement des voyageurs pour les transports de personnes, en passant par la surveillance et le diagnostic des sous-ensembles constitutifs. Cet article fait le choix de traiter toutes les fonctions d’automatismes ferroviaires embarquées sauf celles relatives aux fonctions de protection de signalisation.

Dans un premier temps, cet article ambitionne d’en définir et d’en borner les contours afin d’appréhender cette diversité fonctionnelle et son évolution continue au cours du temps. Il traite de l’architecture électronique et informatique embarquée sans oublier le complément réalisé par le relayage basse tension. Les composantes essentielles du système de contrôle/commande sont présentées et leurs rôles respectifs dans la gestion des différentes opérations qui y sont rattachées sont détaillés. L’article présente les concepts architecturaux sur lesquels il est construit avec une description des solutions techniques et technologiques principales qui sont mises en œuvre pour son implémentation avec une focalisation sur les plus récentes et les plus emblématiques. Il met ainsi en lumière les technologies qui sont déjà à l’origine de la transformation numérique du domaine et celles qui sont susceptibles de le transformer encore plus profondément comme par exemple les technologies de l’Internet (IP), de l’Internet des objets (IoT) ou de l’intelligence artificielle (IA).

Il se poursuit par une présentation non exhaustive des grands enjeux et challenges auxquels le contrôle/commande est ou sera très prochainement confronté pour continuer d’assurer et d’élargir son rôle pour servir toujours plus efficacement les opérations d’exploitation et les attentes légitimes et croissantes des passagers. Les grandes orientations techniques relatives à la digitalisation, à la virtualisation et à la connectivité sont ainsi décrites pour appréhender le concept de distribution applicative bord/sol qui se profile dans une convergence des technologies de l’information (IT) avec celles plus classiques dédiées aux opérations (OT).

L’article précise l’émergence de la très prometteuse maintenance prédictive mais également l’automatisation de la conduite même si cette dernière reste encore hypothétique quant à sa capacité à être compatible avec les exigences de sûreté de fonctionnement.

Il se termine par un exposé relatif à un des enjeux sans doute les plus significatifs et déterminants qui se présente quant à son évolution future à savoir la cybersécurité. L’adoption massive des technologies numériques conduit en effet à une augmentation des risques et des menaces dont il est nécessaire de se prémunir dans le respect des contraintes liées elles à la sûreté de fonctionnement.

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De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-trp3075


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4. Futurs enjeux et challenges

4.1 Automatisation de la conduite et autonomie

L’Union internationale des transports publics (UITP) repris ensuite par la Commission électrotechnique internationale (CEI) IEC 62290-1 a défini 4 niveaux graduels d’automatisation de la conduite appelés GoA pour « Grade Of Automation ». Le niveau maximal atteignable GoA4 correspond à l’automatisation complète de la conduite et ce sans aucune intervention ni supervision humaine. On distingue quelquefois un cinquième niveau GoA0 pour la conduite des tramways classique qui est, elle, complètement manuelle y compris pour la définition de la vitesse.

Le niveau 4 est une réalité depuis plus de 30 ans déjà dans le monde du métro avec de nombreuses lignes en exploitation commerciale dans le monde que ce soit en Asie (Hong Kong, Singapour…) ou même en Europe (Lille, Paris, Lausanne, Lyon…).

Les trains grandes lignes implémentent quant à eux seulement une partie de cette automatisation avec un niveau cependant limité au GoA2 où le conducteur continue de supporter une partie des actions et ce pour de multiples raisons dont la variabilité de l’environnement.

Dans le cas de figure GoA4, on parle de conduite automatique, c’est-à-dire que le matériel roulant évolue dans un environnement complètement contrôlé sans aucune liberté quant à la mission à réaliser pour la prise en compte d’événement externe. Le matériel roulant, un métro en l’occurrence, est « protégé » des voyageurs via des portes palières installées sur les quais et l’automatisme n’a pas à se préoccuper de l’échange voyageurs lors des phases de chargement/déchargement.

L’autonomie est un concept radicalement différent et beaucoup plus ambitieux que celui d’automatisme même si les objectifs finaux restent les mêmes à savoir l’augmentation des performances d’exploitation, la souplesse des opérations associées pour accompagner la variabilité de la demande et l’économie globale engendrée.

Le matériel roulant doit être cette fois en capacité de répondre aux événements liés à un environnement non complètement contrôlé que ce soit via des portes palières ou d’autres dispositifs techniques par exemple pour la prise en compte d’obstacles.

Cette orientation technique nouvelle est sans aucun doute la conséquence...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Architecture fonctionnelle électrique du train : de la logique câblée à la logique programmée.  -  Revue Générale des Chemins de Fer, n° 235, janvier 2014.

  • (2) -   Sécurité du système de contrôle/commande et signalisation ferroviaire : nouvelle approche d’analyse préliminaire des risques.  -  5e Conférence Internationale Francophone d’Automatisme, HAL 00339947, novembre 2008.

  • (3) - VILLEMEUR (A.) -   Sureté de fonctionnement des systèmes industriels  -  . Éditions Eyrolles (1988).

  • (4) - FRANCASTEL (J.-C.) -   Ingénierie de la maintenance : de la conception à l’exploitation d’un bien.  -  Éditions Dunod.

  • (5) -   30 ans de grande vitesse  -  , Revue Générale des Chemins de Fer (2011).

  • ...

NORMES

  • Railway applications – Classification system for railway vehicles. Part 4 – Function groups. - NF EN 15380-4 - 03-13

  • Matériel électronique ferroviaire – Réseau embarqué de train (TCN) – Partie 1 : architecture générale. - IEC 61375-1 - 06-12

  • Applications ferroviaires – Systèmes de signalisation, de télécommunication et de traitement – Logiciels pour systèmes de commande et de protection ferroviaire. - NF EN 50128 - 10-11

  • Programmable controllers – Part 3: Programming languages. - IEC 61131-3 - 03-13

  • Driver Machines Intefaces for EMU/DMU, Locomotives and driving coaches – Functional and system requirements associated with harmonised Driver Machine Interfaces. - UIC 612 - 06-09

  • Information technology — Telecommunications and information exchange between systems – Local and metropolitan area networks – Specific requirements – Part 1: Overview of Local Area Network Standards. - ISO/IEC 8802-1 - 10-01

  • Information...

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