Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le contexte de la supervision des ateliers flexibles de production manufacturière. Il traite plus particulièrement de l'intégration de la surveillance temps réel des défaillances du procédé. L'approche se distingue en considérant la commande et la surveillance sur un même plan et non la surveillance comme un palliatif à la commande. Une structure d'un module de surveillance-commande est proposée. Le module est constitué de deux modèles coopérants basés sur le concept d'activités : l'un, appelé modèle de référence pour la surveillance-commande, modélise toutes les fonctionnalités mises en ¿uvre par le système de surveillance, l'autre, appelé modèle de la stratégie de surveillance-commande, modélise les contraintes imposées par les objectifs propres de l'entreprise et des utilisateurs. L'exécution d'un traitement de surveillance (séquence d'activités) n'est pas limitée au strict enchaînement des fonctions détection, diagnostic, décision puis reprise. D'autres séquences mettant en ¿uvre des activités de surveillance-commande plus élaborées (par exemple, activation de plusieurs fonctions de surveillance-commande du module simultanément) sont autorisées et réalisables par le module. En fonction des activités en cours d'exécution, un superviseur implanté dans chacun des modules gère l'ensemble des informations qui transitent par le module en les orientant vers la ou les fonctions de surveillance-commande aptes à les prendre en compte : détection, diagnostic, décision, reprise, urgence, suivi, commande. Un exemple d'application basé sur un processus manufacturier réel, la cellule flexible de l'Ecole Nationale d'Ingénieur de Tarbes (ENIT), illustre les apports de notre approche. Ils se traduisent en terme de flexibilité de surveillance, de réactivité aux diverses évolutions du procédé, de prise en compte et de respect des contraintes imposées par l'entreprise d'un point de vue surveillance.

Ce manuscrit a été rédigé en vue d'obtenir l'habilitation à diriger des recherches. J'y présente mon implication dans l'enseignement supérieur et la recherche au sein de l'Université d'Angers depuis mon recrutement en tant que maître de conférences, et plus précisément en tant qu'enseignant à l'ISTIA et en tant que chercheur au LISA. Au LISA, dirigé par Jean-Louis Ferrier au moment de mon recrutement, j'ai intégré l'équipe Modèles et Systèmes Dynamiques. Mon travail de recherche a profité des interactions avec les différents membres de cette équipe, et en particulier avec Jean-Louis Boimond (comme le laisseront apparaître les références dans la suite de ce manuscrit). Il concerne le comportement temporisé des systèmes à événements discrets en utilisant des modèles définis sur une structure algébrique de semi-anneau idempotent, encore appelée dioïde. Le document est structuré de la manière suivante. - Le premier chapitre présente mon curriculum vitae ainsi qu'un survol général de mes activités de recherche. - Le deuxième chapitre fait une synthèse plus détaillée de travaux motivés par deux préoccupations principales durant ces onze dernières années : élargir la classe des modèles relevant de la théorie des systèmes sur l'algèbre des dioïdes ; appliquer les résultats de la théorie des systèmes sur les dioïdes à l'analyse des systèmes de transport. En annexe, trois publications sont jointes pour que le lecteur puisse trouver plus de détails sur ces travaux. - Dans le troisième et dernier chapitre, je tire un bilan et envisage des perspectives à mes travaux.

Dans ce travail, nous proposons une méthode systématique et facile de mise en œuvre pour la synthèse du contrôle des systèmes à événements discrets. Nous modélisons les systèmes par des modèles RdP saufs. Deux idées distinctes sont utilisées : 1) ajout de places de contrôle pour empêcher l'atteignabilité des états interdits, et 2) ajout de conditions pour les transitions contrôlables. Nous avons alors été confrontés au problème des transitions incontrôlables pour garantir l'optimalité et à la complexité apportée par le nombre des places de contrôles qui peut être très grand. <br />Dans la première idée, nous avons utilisé le théorème introduit par Guia, qui permet de passer d'un ensemble d'états interdits vers un ensemble de contraintes linéaires. Nous avons proposé des méthodes originales de simplification des contraintes. Il est alors possible de réduire le nombre et la borne des contraintes et ainsi de construire un modèle contrôlé simple. Les méthodes de simplification présentées sont applicables sur les RdP saufs. Nous avons déterminé les conditions nécessaires et suffisantes pour avoir un contrôleur maximal permissif. L'avantage principal de ces méthodes de synthèse de contrôleurs est que le modèle RdP contrôlé est très proche du modèle initial. <br />La deuxième idée qui a été utilisée pour la synthèse est l'utilisation des conditions pour le franchissement des transitions contrôlables. Les méthodes qui utilisent cette technique, ont en général besoin d'un calcul long en temps réel. En appliquant notre méthode de simplification, nous arrivons à un contrôleur simple.

Les systèmes à événements discrets qui mettent en jeu des phénomènes de synchronisation possèdent une description linéaire dans l'algèbre (max,+). Une théorie des systèmes linéaires dans les dioïdes, développée par analogie à la théorie conventionnelle des systèmes, a alors vu le jour. Dans ce mémoire, nous abordons des problèmes de commande des systèmes (max,+)-linéaires. Jusque-là, les commandes de systèmes linéaires dans les dioïdes ont principalement considéré le critère du juste-à-temps et des objectifs de commande comme la poursuite d'une trajectoire de référence ou la poursuite d'un transfert de référence. La première contribution à la commande réside dans la prise en compte d'un nouvel objectif pour la commande en juste-à-temps. Plus précisément, on considère des spécifications sous la forme de contraintes sur l'état du système. Ensuite, nous abordons un nouveau critère de commande. On s'intéresse à la synthèse d'un correcteur qui ralentit le moins possible le transfert du système tout en assurant un objectif de commande défini par un ensemble de contraintes sur l'état. Les réseaux de transport admettent une description linéaire dans l'algèbre (max,+). La dernière partie de ce mémoire est consacrée à leur étude. Plus précisément, on propose des outils pour l'évaluation de performances et la commande de ces systèmes. Le problème de synthèse de tables d'horaires est notamment formulé en un problème de commande de système (max,+)-linéaire.

Les systèmes avioniques s'étoffent et se complexifient de plus en plus. Avec l'augmentation des capacités de calcul, de nouvelles architectures basées sur le partage de ressources émergent. Effectuer le diagnostic d'un système n'est désormais plus une opération anodine. L'enjeu actuel est donc de mettre en place des techniques de diagnostic performantes tout en optimisant les capacités de monitoring nécessaires.Ce mémoire donne une caractérisation basée modèle d'un système sous diagnostic, puis propose des techniques pour en évaluer les performances de diagnostic, ainsi que celles de son monitoring (relativement à ces performances). Le contexte industriel dans lequel s'inscrit cette thèse amène d'autres contraintes, notamment la prise en compte de la taille des systèmes avioniques à analyser. Cette thèse étudie alors l'applicabilité des techniques introduites dans ce contexte et en propose une adaptation.

Les modèles à événements discrets sont, souvent, réalisés afin d’être simulés et par conséquent exécutés sur ordinateur.Certains codeurs de simulation optent pour une programmation impérative pour implémenter les comportements décrits par leurs machines à états.D’autres codeurs optent plutôt pour une programmation orientée objet.Ce paradigme de programmation, basé sur la notion d’objet, décline une nouvelle façon de voir un programme et son architectureToutes les solutions proposées manquent de clarté.Elles sont extrêmement coûteuses en terme de maintenabilité du code implémenté.L’utilisation exclusive des instructions conditionnelles rend toute correction au niveau du code difficile à réaliser, voire impossible dans certains cas. Aussi, elles souffrent au niveau de la réutilisabilité d’une partie du code. En effet, l’utilisation de telles instructions produit un code compacte, avec une forte cohésion entre les variables et fonctions du modèle implémenté. Par conséquent, le concepteur pourra réutiliser ce code qu’en un seul bloc.Toute dislocation du code est impossiblePour toutes ces raisons, nous proposons une nouvelle conception des modèles à événements discrets afin d’améliorer les qualités du code produit. Cette solution est basée sur le paradigme objet pour exploiter pleinement ses avantages tout en contournant ses limites. A cet effet, la solution proposée et détaillée dans cette thèse est un nouveau patron. Dans ce patron, les états et les événements sont réifiés pour avoir plus d’abstraction et de clarté. La réification permettra aux événements d’encapsuler des données et des comportements. Ainsi, nous pouvons déléguer aux événements de nouvelles responsabilités / Discrete event systems (State machine or Discrete Event system Specification) are often modeled in order to be simulated and therefore executed on a computer. Some simulation designers choose for imperative programming to implement the behaviors described by their state machines and others. Whereas, few of them choose for object-oriented programming: this paradigm of computer programming, based on the notion of object, declines a new way of seeing a program and its architecture.All of the proposed solutions found in the litterature lack clarity. They are extremely expensive in terms of debugging, reusing and changing the implemented model. The exclusive use of conditional statements if-else or switch case makes any code correction difficult to perform, even impossible in some cases. They also suffer from the reusability of some parts of the code. Indeed, the use of such instructions produces a compact code, with a strong cohesion (coupling) between the variables and functions of the implemented model. Therefore, the designer can reuse the corresponding code only in one block. Any extraction of a a piece of code which corresponds to a piece of behavior is impossible.For all these reasons, we propose a new design of discrete event systems, from the state machine to the DEVS, in order to improve the producted code qualities. This solution is based on the object paradigm to fully exploit its advantages while circumventing its limits. To this end, the solution proposed and detailed in this thesis is a new State-Event Design Pattern and its variants. Thus, the designer of simulation models will have a library of patterns to choose in order to satisfy his design requirements.

En Génie Automatique, le GRAFCET [IEC 848] est couramment employé pour la modélisation de la dynamique des systèmes à événements discrets, en raison de ses capacités de modélisation et de son ergonomie. Cependant, il lui est reproché de ne pas être défini de manière suffisamment formelle pour que tous les grafcets établis soient sans ambigüité et puissent être validés. L'objectif des travaux est double : contribuer à la formalisation du GRAFCET de manière à renforcer ses fondements théoriques et offrir à tout analyste les moyens nécessaires pour valider une modélisation exprimée en GRAFCET en vérifiant les propriétés des modèles et leur comportement par rapport à leurs entrées/sorties. Le GRAFCET étant une machine d'état complexe - essentiellement à cause des parallélismes importants qu'il permet de décrire - nous proposons à l'analyste d'utiliser le graphe des situations accessibles, ou grafcet d'état équivalent pour valider sa spécification. Nous avons conçu une technique de génération automatique du graphe des situations accessibles d'un grafcet global (qui est un automate fini «équivalent»), de manière à pouvoir établir un ensemble de preuves et propriétés sur la cohérence intrinsèque du grafcet et sur sa pertinence par rapport au cahier des charges. Une algèbre de Boole, dans laquelle la notion de fronts a été formalisée par deux opérateurs unaires a été construite. Les 14 propriétés qui ont été démontrées ont permis d'établir un module de calcul symbolique utilisé pour tenir compte de l'historique des évolutions des entrées. Nos travaux intègrent les extensions du modèles GRAFCET. Pour valider notre approche, une maquette informatique en C a été développée et permet de calculer l'automate équivalent au grafcet à valider. Nous utilisons pour vérifier certaines propriétés l'outil MEC développé pour l'étude des systèmes de transitions. Deux exemples de validation de grafcets par analyse de leur automate sont donnés dans le mémoire.

Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le domaine de la surveillance des systèmes à événements discrets et porte plus particulièrement sur le problème de la détection distribuée de procédés complexes. L'architecture proposée repose sur des sites autonomes et coopératifs de surveillance permettant de surveiller les évolutions du procédé. Ces évolutions, traduisant le fonctionnement attendu (normal) du système ou des situations de défaillance, sont décrites par des chroniques. Chaque chronique est composée d'un ensemble d'événements et d'un ensemble de contraintes temporelles entre ces événements. Trois types de contraintes sont considérés : les contraintes de précédence, les contraintes de types intervalles et les contraintes de type fenêtre d'admissibilité. Une chronique est dite reconnue si toutes les contraintes qui la composent sont vérifiées compte tenu des durées séparant les occurrences des événements la constituant. La distribution du modèle temporel représenté par la chronique induit la distribution de la chronique en sous-chroniques distribuées sur plusieurs sites de surveillance (sous-systèmes). La reconnaissance de l'ensemble des sous-chroniques assure la reconnaissance de la chronique. Cette distribution de la chronique en sous-chroniques permet de mettre en évidence deux types de contraintes : les contraintes locales et les contraintes globales. Les délais de communication ou de transport entre sites sont bornés et sont pris en compte lors de la vérification des contraintes temporelles globales. L'incertitude induite par ces délais engendre une incertitude sur la vérification qui se traduit par une mesure de possibilité associée à la vérification d'une contrainte. Des mécanismes de coopération entre sites de surveillance sont définis. Une modélisation des différents mécanismes développés reposant sur les réseaux de Petri p-t-temporels flous est proposée. Enfin, l'ensemble des travaux est appliqué à la surveillance d'un terminal intermodal de fret.

La méthode des invariants est une des plus utilisées méthodes de synthèse pour les SED modélisés par des réseaux de Petri (RdP). Cependant, elle ne garantit pas en général une solution optimale dans la présence de l'incontrôlabilité. Dans ce travail nous proposons une solution à ce problème pour les RdP généralisés. Premièrement, nous proposons une solution d'identification des contraintes admissibles pour les RdP saufs non-conservatifs. La méthode repose sur une définition des contraintes contenant des marquages complémentés. Ceux-ci sont après éliminés en exploitant les composants conservatifs des RdP. Deuxièmement, nous avançons une technique de détermination des contraintes admissibles pour les RdP généralisés. La méthode est basée sur une vision spatiale de l'espace d'états du modèle. Les contraintes sont dérivées de l'équation d'hyperplan affin qui sépare les régions interdite- et autorisée- de cet espace. Nous proposons un algorithme pour le calcul du contrôleur optimal minimal.

De nombreux systèmes de transport peuvent être modélisées par des synchronisations ordinaires (pour tout k>=l, l'occurrence k de l'événement B se produit au moins t unités de temps après l'occurrence k-l de l'événement A). Ces systèmes sont linéaires dans l'algèbre (max,+). Pour certaines applications, il est primordial de modéliser la simultanéité entre événements. Comme la synchronisation ordinaire ne suffit pas à exprimer ce phénomène, nous introduisons la synchronisation partielle (l'événement B ne peut se produire que quand l'événement A se produit). Dans ce mémoire, des méthodes développées pour la modélisation et le contrôle de systèmes linéaires dans l'algèbre (max,+) sont étendues à des systèmes régis par des synchronisations ordinaires et partielles. Nous considérons uniquement des systèmes divisés en un système principal et un système secondaire et gouvernés par des synchronisations ordinaires entre événements dans le même système et des synchronisations partielles d'événements dans le système secondaire par des événements dans le système principal. Nous introduisons une commande optimale et une commande prédictive pour cette classe de systèmes par analogie avec les résultats disponibles pour les systèmes linéaires dans l'algèbre (max,+). En considérant un comportement donné pour le système principal, il est aussi possible de représenter le système secondaire par une fonction de transfert et de modifier sa dynamique pour suivre un modèle de référence. / Many transportation networks can be modeled by (max,+)-linear systems, i.e., discrete event systems ruled by standard synchronizations (conditions of the form: "for all k>=l, occurrence k of event B is at least t units of time after occurrence k-l of event A"). In some applications, it is also necessary to model simultaneity between events (e.g., for a road equipped with traffic lights, a vehicle can cross an intersection only when the associated traffic light is green). Such conditions cannot be expressed using standard synchronizations. Hence, we introduce the partial synchronization (condition of the form: "event B can only occur when event A occurs"). In this thesis, we consider a class of discrete event systems ruled by standard and partial synchronizations, called (max,+)-systems with partial synchronization. Such systems are split into a main system and a secondary system such that there exist only standard synchronizations between events in the same system and partial synchronizations of events in the secondary system by events in the main system. We adapt some modeling and control approaches developed for (max,+)-linear systems to (max,+)-systems with partial synchronization. Optimal feedforward control and model predictive control for (max,+)-linear systems are extended to (max,+)-systems with partial synchronization. Furthermore, transfer relation and model reference control are provided for the secondary system under a predefined behavior of the main system.