le travail présenté dans ce mémoire de thèse apporte sa contribution à la synthèse de<br />lois de commande en contexte incertain des systèmes automatisés de production. L'incertain est ici<br />caractérisé d'une part par les variations imprévues des demandes client, mais également par les aléas<br />de fonctionnement déclarés au niveau de la partie opérative. L'approche, localisée au niveau 1 du<br />CIM, et en particulier au sein des modules de coordination des chaînes fonctionnelles, s'intègre au<br />sein d'un système plus général de Supervision, Surveillance et Commande. L'approche se distingue en<br />considérant la globalité du processus qui mène à la reconguration des lois de commande. En eet,<br />elle propose non seulement une méthode de modélisation de la partie opérative utilisant un formalisme<br />particulièrement adapté à la complexité des procédés considérés mais aussi une technique de synthèse<br />de lois de commande basée sur un mécanisme de recherche de chemins dans un graphe. La modélisation<br />proposée, proche de celle utilisée en planication automatique, est basée sur un ensemble d'opérations<br />qui décrivent la dynamique des chaînes fonctionnelles et leurs eets sur le ux de produits tout en<br />prenant en considération les contraintes sécuritaires et environnementales associées. Toute l'originalité<br />du mécanisme de synthèse proposé réside dans le compromis réalisé entre la complexité du graphe<br />manipulé et les performances de la solution obtenue.<br />Un exemple d'application basé sur un processus manufacturier réel, la plate-forme SAPHIR du<br />Laboratoire d'Automatique de Grenoble, et sur l'atelier logiciel développé sur la base du mécanisme<br />de synthèse proposé illustre les apports de notre approche.

Ce travail est une contribution à la commande des systèmes manufacturiers et plus particulièrement à leur reconfiguration dynamique. En cas de reconfiguration, l'idée de base est de synthétiser les contrôleurs de commande en tenant compte d'une part des besoins de l'utilisateur et d'autre part de l'état du système. L'approche proposée est inspirée de la théorie du supervisory control, mais est adaptée à l'exploitation du formalisme des réseaux de Petri.<br />Dans ce travail, nous proposons un nouveau problème pour la modélisation des spécifications utilisateurs : le « Problème des Séquences Interdites de Transitions d'États» (PSITE). Nous proposons alors le « Graphe d'Accessibilité Synchrone Contraint » (GASC) pour synthétiser le modèle du procédé et le modèle des spécifications tous les deux basés sur les RdPs. Pour réaliser la synthèse, nous utilisons la théorie des régions revisitée par les travaux de thèse de A. Gaffari. <br />Dans la deuxième partie du travail nous montrons dans un premier temps que cette approche peut être utilisée pour la synthèse d'allocateurs de ressources, pour rendre déterministe l'interprétation de gammes opératoires. L'idée à ce niveau est de pouvoir synthétiser des contrôleurs déterministes qui mettent en œuvre un ordonnancement cyclique donné, établi en tenant compte de l'état du procédé et des objectifs de production. Ce travail est complété par la proposition d'un outil logiciel dont nous présentons le fonctionnement, l'intérêt et également les limites actuelles.

Le travail présenté dans cette thèse constitue une contribution originale à lamodélisation et à l'analyse de performances des systèmes de vélos en libre-service. De nombreuses villes en Europe ont suscité un intérêt considérable et un engouement à l'égard de ce nouveau mode de transport écologique (Vélib' à Paris, Vélov'v à Lyon, Bicing à Barcelone, ...) et dont les progrès technologiques ne cessent de les faire émerger dans les quatre coins dumonde. Contrairement aux systèmes de transport traditionnels, très peu d'étudesfondamentales ont été menées et pourtant, de nombreuses questions émergent, la principale étant celle d'un rééquilibrage (régulation) de la distribution de vélos dans les différentes stations afin de satisfaire au mieux les demandes des usagers. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse de doctorat portant sur la modélisation, l'analyse et l'évaluation de performances de ce mode de transport en libre service. Ce travail, basé sur les réseaux de Petri, est d'une aide précieuse pour la mise en oeuvre, l'exploitation et la régulation de ce type de systèmes.La complexité dynamique de tels systèmes, perçus comme des systèmes à événements discrets, nous a conduit au développement d'une approche à base d'une classe particulière de réseaux de Petri stochastiques ayant des arcs à poids variables pertinents aussi bien pour l'analyse que pour la simulation. Un ensemble de modèles et de méthodes d'analyse associées sont développés en vue de leur régulation, en prenant en compte différents paramètres de décision qui les caractérisent notamment le nombre de stations, la capacité de chaque station, les seuils de régulation, la capacité des véhicules de régulation, le type et/ou la fréquence de régulation choisi (périodique ou continue), .... En plus d'être paramétrables, les modèles proposés permettent d'étudier plusieurs configurations en fonction de différents modes de fonctionnement possibles (mode sans régulation, mode avec régulation, mode dynamique, mode statique, etc). La présentation de cette thèse comporte plusieurs illustrations et applicationspermettant d'aider le lecteur à la compréhension du travail développé.A notre connaissance, il s'agit d'un premier travail du genre dans la littérature sur les réseaux de Petri et plus généralement, l'un des premiers sur les systèmes de vélos en libre-service.

Le diagnostic est aujourd'hui plus que jamais un thème de recherche pertinent. La sécurité est en effet au cSur des préoccupations de la société d'aujourd'hui. Les enjeux tant économiques, sociétaux qu'environnementaux en font un des axes majeurs d'innovation pour l'industrie actuelle. Aujourd'hui la conception et l'exploitation des systèmes doivent être abordées en intégrant une dimension sécurité dont le diagnostic fait partie intégrante. C'est dans cette problématique du diagnostic (incluant la détection et le pronostic) que s'inscrivent nos travaux. Deux thèmes de recherches sont explorés : - les modèles et les sources de connaissances pour le diagnostic. Ce thème de recherche couvre les aspects multi-modèles (modèle du procédé, modèle de surveillance, modèle de stratégie &) pour la surveillance, et met en avant la pertinence d'utiliser des sources d'informations variées (ordonnancement, AMDE, historiques &) pour mettre en place une fonction diagnostic. La génération d'un modèle de comportement à partir de données classifiées est également abordée dans ce thème. Une approche de surveillance reposant sur l'observation de la trajectoire d'un système dynamique au travers d'une séquence d'assignations de l'état courant à des classes est développée. - le diagnostic distribué. Les approches proposées ici se focalisent sur la distribution des fonctions et des modèles. Une approche de détection distribuée basée sur un modèle temporel (contraintes) du comportement est développée. Une extension vers le diagnostic embarqué dans le domaine automobile s'appuyant sur un modèle du comportement issu des données de conception est également présentée. Sur la base de ces travaux notre projet de recherche concerne d'une part l'utilisation des approches basées données pour structurer les connaissances et générer automatiquement des modèles exploitables par des méthodes de diagnostic basées modèles, d'autre part la problématique du diagnostic pour l'aide à la décision, notamme nt dans les systèmes où la dimension humaine doit être considérée

Cette thèse propose une méthode de détection et diagnostic basée cohérence pour les systèmes à événements discrets. La méthode prend en compte la possibilité d'erreurs dans les modèles utilisés comme référence du bon comportement du système. La détection est réalisée par la vérification de cohérence entre le comportement observé et le comportement décrit par les modèles du système. Dans la mesure où les modèles utilisés ne sont pas exempts d'erreurs, la perte de cohérence détectée peut correspondre à une réelle défaillance au niveau du procédé ou à une erreur dans les modèles. Pour distinguer ces deux cas, il est nécessaire de déterminer les sous-modèles communs. Chaque observation émanant du procédé apporte une information utile pour l'identification de la ou des types de configuration entre les modèles. L'identification est réalisée en ligne et repose sur le parcours d'un graphe décrivant exhaustivement l'ensemble des configurations des modèles. Enfin, le rétablissement de la cohérence avec les observations par modification des modèles constitue le principe du diagnostic

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la reconfiguration dynamique des systèmes de production. Elle apporte sa contribution au diagnostic de services en présence de défaillances de la partie opérative. L'objectif visé est de mettre à jour, en ligne, un modèle représentant les capacités offertes par une partie opérative. Aussi, sur la base d'un tel modèle reprenant les principes issus de la planification automatique, nous avons tout d'abord proposé un mécanisme de suivi permettant de construire et de gérer un modèle d'historique. Ensuite, un algorithme de recherche avant/arrière basé sur un système de règles a été développé afin, sous l'occurrence de défaillances, de localiser non seulement les services étant à l'origine possible du dysfonctionnement constaté mais aussi ceux potentiellement affectés. Après quoi, une mise à jour du modèle de partie opérative est opérée afin de présenter au système de reconfiguration une image "honnête" des capacités opératoires encore disponibles.

Cette thèse se situe dans le contexte des systèmes (min,+)-linéaires incertains, contenus dans des intervalles dont seules les bornes sont connues. Dans un premier temps, puisque les calculs exacts - somme, inf-convolution, étoile de Kleene/clôture sous-additive - sont souvent coûteux en espace mémoire et en temps de calculs, des calculs approchés sont proposés à travers des fonctions d'inclusion. Les résultats obtenus sont des intervalles particuliers appelés conteneurs. La borne supérieure d'un conteneur est l'élément le plus grand de la classe d'équivalence du système approché selon la transformée de Legendre-Fenchel. La borne inférieure représente un minorant de cette classe d'équivalence et ainsi du système exact. Les caractéristiques de convexité de ces bornes permettent d'obtenir des algorithmes de calculs de complexité linéaire et quasi-linéaire. Dans un second temps, la commande des systèmes (min,+)-linéaires incertains est étudiée. Ces incertitudes peuvent apparaître suite aux calculs effectués sur les conteneurs proposés ci-dessus, mais également lorsque des paramètres incertains ou variables sont présents lors des modélisations. Des structures de contrôles existantes (précompensateur, retour de sortie) sont appliquées à ces systèmes incertains et les problèmes suivants sont ainsi traités : problème du Window Flow Control, réduction de l'incertitude en sortie du système contrôlé par un précompensateur, calcul d'un précompensateur neutre ralentissant les entrées sans dégrader la dynamique du système seul.

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. / The place-invariants method is one of the most popular controller synthesis approaches for Petri net (PN) modeled DES. Unfortunately, the observance of the constraints is not certain in the presence of uncontrollable transitions. This thesis offers a solution to this problem for ordinary and generalized PNs. We begin by studying safe non-conservative PNs, and devising a constraint-determination technique that will always provide a set of admissible constraints for this type of model. The approach stems from the general definition of forbidden states --- that of marking vectors. In the second part of our work, we present an admissible constraint-determination technique for generalized PNs. The method is based on a special view of the system's state space. The constraints are derived from the equation of the affine hyper-plane separating the authorized- and forbidden- regions of this space. We propose an algorithm that allows the identification of the minimal maximally permissive controller.

Au cours des dernières décennies, la complexité croissante des systèmes de production et de leur commande a rendu crucial le besoin d’utiliser les méthodes formelles pour faire face aux problèmes relatifs au contrôle, à la fiabilité, au diagnostic des fautes et à l’utilisation optimale des ressources dans les installations de production. Cela concerne en particulier les systèmes automatisés de production (SAP), caractérisés par des cycles technologiques complexes qui doivent s’adapter à des conditions changeantes. Les SAP modernes sont des sous-systèmes interconnectés tels que des machines à commande numérique, des stations d'assemblage , des véhicules guidés automatisés (AGV), des cellules robotisées, des convoyeurs et des systèmes de contrôle par ordinateur. Les fabricants utilisent des machines automatisées et des contrôleurs pour assurer des produits de qualité plus rapidement et plus efficacement. Aussi, ces systèmes automatisés peuvent fournir des informations essentielles pour aider les gestionnaires à prendre les bonnes décisions. Cependant, en raison de la grande flexibilité des SAP, des défaillances telles qu’un mauvais assemblage ou le dépôt d’une pièce dans un tampon inapproprié peuvent se produire lors du fonctionnement du système. De tels dysfonctionnements diminuent la productivité du système générant ainsi des pertes économiques et des effets perturbateurs sur le système. En conséquence, le problème de l’optimisation des performances des SAP est impératif.Cette thèse se focalise sur l’évaluation et l’optimisation des performances des systèmes de production automatisés via le modèle des réseaux de Pétri temporisés. / In the last decades, there has been a constant increase in the awareness of company management about the importance of formal techniques in industrial settings to address problems related to monitoring and reliability, fault diagnosis, and optimal use of resources, during the management of plants. Of particular relevance in this setting are the so-called Automated Manufacturing Systems (AMSs), which are characterized by complex technological cycles that must adapt to changing demands. Modern AMSs are interconnected subsystems such as numerically controlled machines, assembly stations, automated guided vehicles, robots, conveyors and computer control systems. Manufacturers are using automated machines and controls to produce quality products faster and more efficiently. Meanwhile, these automated systems can provide critical information to help managers make good business decisions. However, due to the high flexibility of AMSs, failures such as a wrong assembly or a part put in a wrong buffer may happen during the operation of the system. Such failures may decrease the productivity of the system which has an economical consequence and can cause a series of disturbing issues. As a result, the performance optimization in AMSs are imperative. This thesis focuses on the performance evaluation and performance optimization of automated manufacturing systems using timed Petri nets models.

Le développement et l’application des langages formels sont un défi à long terme pour la science informatique. Un enjeu particulier est l’acceptation par l’industrie. Cette thèse présente une approche pour la modélisation et la vérification des postes d’aiguillage français. La première question est la modélisation du système d’enclenchement par les réseaux de Petri colorés (RdPC). Un cadre de modélisation générique et compact est introduit, dans lequel les règles d’enclenchement sont modélisées dans une structure hiérarchique, tandis que les installations sont modélisées dans une perspective géographique. Ensuite, un patron de modèle est présenté. C’est un modèle paramétré qui intègre les règles nationales françaises qui peut être appliquée pour différentes gares. Puis, un concept basé sur l’événement est présenté dans le processus de modélisation des parties basses des postes d’aiguillage. La deuxième question est la transformation des RdPCs en machines B, qui va aider les concepteurs sur la route de l’analyse à application. Tout d’abord, une méthodologie détaillée, s’appuyant sur une table de correspondance, du RdPCs non-hiérarchiques vers les notations B est présentée. Ensuite, la hiérarchie et la priorité des transitions du RdPC sont successivement intégrées dans le processus de mapping, afin d’enrichir les possibilités de types de modèles en entrées de la transformation. Les machines B produites par la transformation permettent la preuve automatique intégrale par l’Atelier B. L’ensemble de ces travaux, chacun à leur niveau, contribuent à renforcer l’efficacité d’un cadre global d’analyse sécuritaire / Development and application of formal languages are a long-standing challenge within the computer science domain. One particular challenge is the acceptance of industry. This thesis presents some model-based methodologies for modelling and verification of the French railway interlocking systems (RIS). The first issue is the modellization of interlocking system by coloured Petri nets (CPNs). A generic and compact modelling framework is introduced, in which the interlocking rules are modelled in a hierarchical structure while the railway layout is modelled in a geographical perspective. Then, a modelling pattern is presented, which is a parameterized model respecting the French national rules. It is a reusable solution that can be applied in different stations. Then, an event-based concept is brought into the modelling process of low-level part of RIS to better describe internal interactions of relay-based logic. The second issue is the transformation of coloured Petri nets into B machines, which can help designers on the way from analysis to implementation. Firstly, a detailed mapping methodology from non-hierarchical CPNs to abstract B machine notations is presented. Then the hierarchy and the transition priority of CPNs are successively integrated into the mapping process, in order to enrich the adaptability of the transformation. This transformation is compatible with various types of colour sets and the transformed B machines can be automatically proved by Atelier B. All these works at different levels contribute towards a global safe analysis framework