La Sûreté de Fonctionnement (SdF) est un domaine étudié de façon de plus en plus rigoureuse par les concepteurs. Si la SdF relative aux organes bénéficie de retours d'expériences sur lesquels le développement de solutions physiques peut s'appuyer, tel n'est pas le cas lorsqu'il s'agit de concevoir les architectures fonctionnelles d'un produit. L'architecte Système conceptualise et conçoit un système qui doit fournir un service selon certaines performances ; son cadre de référence, à savoir l'Ingénierie Système étant lacunaire en matière de SdF. De la sorte, l’ingénieur expert en SdF intervient après l'architecte, réalise ses propres analyses fonctionnelles, perturbant le travail réalisé et obligeant à des boucles qui pourraient être évitées. Il convient de ce fait, pour les industriels, de s'intéresser de près à l'alignement entre la SdF et l'IS. Nous avons obtenu quatre résultats. Le premier est un modèle conceptuel de l’Ingénierie de Systèmes Sûrs de Fonctionnement. Ce modèle conceptuel permet de définir les concepts et les liens entre le domaine de l'IS et celui de la SdF. Le macroprocessus présenté permet de définir l’architecture d’un système sûr. Plusieurs activités spécifiques sont présentes dans le macroprocessus. Ainsi, nous avons développé une méthode qui concerne l’analyse des risques en vue externe. Nous avons proposé une nouvelle méthode qui permet de définir les Safety Goals associé pour les scénarios critiques et une autre permettant l’analyse des architectures fonctionnelles d’un point de vue dysfonctionnel pour définir les Functional Safety Requirements. Cette méthode repose sur des mécanismes de propagation de défaillance / Safety is an area which is increasingly stringent by designers. If Safety on components benefits from experience feedback on which the development of physical solutions can support, this is not the case when it comes to designing functional architecture of a product. The System Architect conceptualizes and designs a system that must provide service according to a defined level of performance; its framework, namely the System Engineering is incomplete for safety. In this way, the safety expert comes after architects, performs his/her own functional analyzes, disrupting the work and forcing loops that could be avoided. It should therefore, for industry to pay close attention to the alignment between the SE and safety. We got four results. The first one is a conceptual model of the Safe Systems Engineering. This conceptual model, divided into three views defines the concepts and relationships between the field of SE and that of safety. The assembly has a strong semantic consistency. The proposed macroprocess permits to define the architecture of a safe system. For this, we have divided into three design phases and four views. Thus, we developed a methodology on risk analysis in external view. Given the limitations of methods like Preliminary Hazard Analysis regarding the deliverables required by the ISO 26262:2011 (Hazard Analysis and Risk Assessment), we proposed a new method for defining the Safety Goals associated for critical scenarios and another method for analyzing the functional architecture with a dysfunctional point of view to define the Functional Safety Requirements

Creep deformation and failure in high temperature structures is a serious problem for industry and is becoming even more so under the current increasing pressures of power, economics and sustainability. Laboratory creep tests can be used in the description of creep damage behaviour; however, it’s usually expensive and time-consuming. Thus, the computer-based finite element (FE) technique is considered here for both time and economic efficiency. This project aims to develop an in-house FE software for creep damage analysis. A novel in-house FE software High Temperature Structural Integrity (HITSI) was developed through the use of Continuum Damage Mechanics (CDM) and finite element method (FEM) in conjunction with an advanced engineering computer programming language (Fortran 2003) based on an objected oriented programming (OOP) approach. This research provides four main contributions. First, a critical review of the current state of obtaining the computational capability for creep damage analysis. This critical review presents the advantages through the use of in-house software in analysing creep damage behaviour and the state-of-the-art research advancements and technologies need to be involved in developing in-house software. Second, the proposed OOP approach in design and development of in-house FE software for creep damage analysis. Third, the prototyping and implementation of a practical in-house FE software HITSI for analysing creep damage behaviour. The general flow diagram and development strategy of HITSI were proposed. Fourth, the benchmark test of HITSI via the numerical investigation of creep damage behaviour of a Cr-Mo-V steam pipe weldment case. The efficiency of the integration algorithms (Euler and Runge-Kutta) and normalized Kachanov-Rabotnov creep damage constitutive equation was investigated and commented. Generally, this project provides a novel in-house software prototype that allow the scientist to simulate the behaviour of creep damage in particular to analysis the evolution of creep damage in welds.

La complexité croissante de notre environnement socio-économique se traduit en génie logiciel par une augmentation de la taille des systèmes et par conséquent de leur complexité. Les systèmes actuels sont le plus souvent concurrents, distribués à grande échelle et composés d’autre systèmes. Ils sont alors appelés Systèmes de Systèmes (SdS). La complexité des systèmes de systèmes réside dans leurs cinq caractéristiques intrinsèques qui sont : l’indépendance opérationnelle des systèmes constituants, leur indépendance managériale, la distribution géographique, l’existence de comportements émergents, et enfin un processus de développement évolutionnaire. Les SdS évoluent dans des environnements non prévisibles et intègrent constamment de nouveaux systèmes. Nous avons traité la problématique du développement évolutionnaire d’un SdS en utilisant la reconfiguration dynamique. Nous avons défini un processus pour élaborer des modèles de configurations et un processus de conception de la reconfiguration intégrant le concept de patron de reconfiguration. Pour la validité et la faisabilité de notre approche, nous avons développé un framework d’expérimentation basé sur notre cas d’étude réel d’organisation des systèmes de secours français. / The growing complexity of our socio-economic environment is reflected in software engineering by an increase of the size of systems and therefore their complexity. Current systems are mostly concurrent, widely distributed and composed of other systems. They are then called Systems of Systems (SoS). The complexity of systems of systems lies in five intrinsic characteristics: the operational independence of the constituent systems, their managerial independence, the geographical distribution, the existence of emerging behaviours, and finally an evolutionary development process.SoS evolve in unpredictable environment and are constantly integrating new systems. We deal with the problem of the evolutionary development of a SoS by using dynamic reconfiguration. We have defined a process for developing configuration models and a reconfiguration design process incorporating the concept of reconfiguration pattern. For the validity and feasibility of our approach, we have developed an experimental framework based on our real case study of organization of the French emergency service.

Dans de nombreux domaines industriels, l’innovation est mise en œuvre de manière incrémentale en cherchant à optimiser un concept donné. Ce type d’innovation est efficace sur le court terme, permettant d’arriver à améliorer le système avec une prise de risque limitée. Cependant, cette approche réduit fortement les opportunités d’amélioration future de ces systèmes. Pour faire face à des nouveaux besoins émanant des clients, l’innovation de rupture s’impose dans une vision long terme. Un changement radical de concept permet en effet de dégager des marges fonctionnelles permettant d’améliorer significativement le système. Le but de ces travaux de thèse a été, d’une part, de proposer un cadre méthodologique pour l’étude conceptuelle d’architectures de systèmes de puissance en rupture. Ceci consiste en la spécification des nouveaux besoins, la génération d’architectures système fortement innovantes, ainsi que la sélection des architectures les plus pertinentes. En s’appuyant sur une approche d’ingénierie système, ainsi que sur des techniques à l’état de l’art dans les domaines de la recherche de solutions innovantes (KCP, Brainwritting, Diagramme KJ), la combinaison des concepts (matrice morphologique) et de l’aide à la décision multicritères (TOPSIS, MAUT), une approche originale a été proposée. La méthode proposée a été appliquée au cas du circuit carburant d’un moteur d’hélicoptère chez l’industriel Safran Helicopter Engines. Ce contexte applicatif a permis de mettre en œuvre et d’évaluer les approches proposées dans un environnement industriel réel. Un outil implémenté sous Microsoft Excel a été développé pour le déploiement de la méthodologie proposée dans l’entreprise. / In several industries, incremental innovation has been used. This approach aims at optimizing a given design. It is efficient in the short term, and enables to improve the system at low risks. Anyway, incremental innovation implies a reduction in the capacity of future improvement. In order to deal with new customer needs, radical innovation is a must in a long-term consideration. Indeed, these radical changes allow to create new functional margins, enabling to make the system even better. The aim of this thesis work is, on the one hand, to propose a methodological framework for the conceptual design of radically innovative power system architectures. This implies tomorrow’s needs specification, strongly innovative architecture generation and best architectures selection. Based on a systems engineering approach, as well as state of the art techniques in the domain of creativity (KCP, Brainwritting, KJ Diagram), concepts combination (morphological matrix) or mutlicriteria decision making (TOPSIS, MAUT), an original approach has been proposed. On the other hand, this methodology has been implemented in an industrial framework in the case of a helicopter engine fuel system at Safran Helicopter Engines. This has enabled to obtain a return of experience on the industrial application of this methodology. A tool has been developed using Microsoft Excel for the industrial deployment of the methodology.

Η ευαισθησία των συστημάτων είναι ένα σημαντικό θέμα της Θεωρίας Συστημάτων, το οποίο καλύπτεται σε εισαγωγικό επίπεδο με αυτή την εργασία. Η ευαισθησία αφορά τις διαφορές ανάμεσα στο πραγματικό σύστημα και στο μαθηματικό μοντέλο: αν κάποιες παράμετροι διαφέρουν αρκετά ανάμεσα στο πραγματικό σύστημα και στο μαθηματικό μοντέλο και η συμπεριφορά του συστήματος εξαρτάται κατά μεγάλο βαθμό από αυτές τις παραμέτρους, τότε η χρησιμότητα του μαθηματικού μοντέλου θα είναι πολύ μικρή αν δεν γνωρίζουμε ταυτόχρονα την παραμετρική ευαισθησία του συστήματος, δηλαδή την επίδραση των μεταβολών των παραμέτρων πάνω στην δυναμική συμπεριφορά του συστήματος. Βασικό ρόλο παίζει η προσομοίωση των εξισώσεων ευαισθησίας κατάστασης. Καθορίζουμε αρχικά τις εξισώσεις ευαισθησίας κατάστασης για παραμέτρους τύπου α και δείχνουμε ότι οι συναρτήσεις ευαισθησίας κατάστασης ενός συνεχούς συστήματος με χρονικά αμετάβλητες παραμέτρους καθορίζονται πάντα από ένα γραμμικό σύστημα διαφορικών εξισώσεων με μηδενικές αρχικές συνθήκες. Στην συνέχεια θα επεκταθούμε και στην εύρεση των συναρτήσεων ευαισθησίας κατάστασης για την περίπτωση που έχουμε παραμέτρους τύπου β και θα δούμε ότι και εδώ οι εξισώσεις ευαισθησίας κατάστασης είναι πάντα γραμμικές και οι αρχικές συνθήκες είναι ή μηδέν ή μονάδα. Στη συνέχεια προχωράμε στην εύρεση των συναρτήσεων ευαισθησίας κατάστασης για την περίπτωση που έχουμε παραμέτρους τύπου λ, αφού δούμε πρώτα το πότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το μειωμένο ονομαστικό μοντέλο. Επί πλέον, εξετάζουμε εν συντομία και τον καθορισμό των εξισώσεων ευαισθησίας εξόδου. Για την περίπτωση που έχουμε να μελετήσουμε και να συγκρίνουμε την παραμετρική ευαισθησία συστημάτων ανοικτού και κλειστού βρόχου καθώς επίσης και στην σύνθεση συστημάτων "αναίσθητων" σε παραμετρικές μεταβολές, είναι αναγκαίο να έχουμε έναν ορισμό ευαισθησίας που να είναι ανεξάρτητος από την μορφή του σήματος εισόδου, αλλά να εξαρτάται μόνο από την δομή του συστήματος. Αυτή η απαίτηση ικανοποιείται με τους ορισμούς ευαισθησίας στο πεδίο συχνότητας, οι οποίοι βασίζονται στην συνάρτηση μεταφοράς ή στον πίνακα μεταφοράς του συστήματος. Εξετάζουμε τη συνάρτηση ευαισθησίας του Bode, τη συνάρτηση ευαισθησίας του Horowitz και τη συγκριτική συνάρτηση ευαισθησίας των Perkins και Cruz. Η τελευταία μπορεί να γενικευθεί και σε μη γραμμικά, χρονικά μεταβαλλόμενα συστήματα. / The sensitivity of systems is an important theme of Systems Theory, which is covered to an introductory level in this work. The sensitivity concerns differences between the real system and the mathematical model: if some parameters are quite different between the real system and the mathematical model and the behavior of the system depends strongly on these parameters, the utility of the mathematical model will be very little if we do not know both the parametric sensitivity of the system, i.e. the effect of changes in parameters on the dynamic behavior of the system. A key role is played by simulating the state sensitivity equations. First we determine the state of sensitivity equations for parameters of type a and show that the state of sensitivity functions of a continuous system with time invariant parameters are always determined by a linear system of differential equations with zero initial conditions. Then we expand and find the state sensitivity functions for the case where we have parameters of type b and we see that here the situation sensitivity equations are always linear and the initial conditions are zero. Then we move on finding state sensitivity functions for the type lambda parameters, after we look when the reduced nominal model can use. Moreover, we look briefly at the output sensitivity equations. In case we have to study and compare the parametric sensitivity of open and closed-loop systems as well as in the synthesis systems "unconscious" to parametric changes, it is necessary to have a definition of sensitivity that is independent of the input signal format, but can depend only on the structure of the system. This requirement is satisfied by the definitions of sensitivity in the frequency domain, which are based on the transfer function or the system operator panel. We examine the sensitivity function of Bode, the sensitivity function of Horowitz and the comparative context sensitivity of Perkins and Cruz. The latter can be generalized to nonlinear, time-varying systems.

Développer des produits mieux acceptés en intégrant les préférences des parties prenantes constitue un principal défi pour les concepteurs et les chefs de projet. Comment évaluer et améliorer l'acceptabilité des utilisateurs est devenu une importante question de recherche. Les approches actuelles laissent cette question pour les dernières étapes du processus de développement de nouveaux produits (NPD), quand un prototype est presque fini et quand c’est trop tard pour apporter des modifications. Pour cela nos travaux se déclinent dans les contributions suivantes : • Principes et démarches de co-conception testés au travers deux études de cas. • Démarche de co-adaptation de l'habitat pour le maintien à domicile. • Démarche d'évaluation du niveau d'acceptabilité d'une solution basée sur les réseaux bayésiens. • Démarche d'amélioration du niveau d'acceptabilité évalué, permettant la recherche et simulation de scénarios d'amélioration, combinant les réseaux bayésiens et un algorithme de recuit simulé. Les modèles et démarches proposés ont été appliqués à des projets de conception dans le domaine de la santé pour lequel nous avons pu identifier des spécificités / Developing products that are better accepted by integrating users’ and stakeholders’ preferences is a major challenge for designers and project managers. How to evaluate and improve users’ acceptability has become an important research question. Current approaches leave the acceptability evaluation question for the last stages of New Product Development process (NPD), when a prototype is almost finished and when it is too late to make changes. For this our work is divided in the following contributions: • The test of the co-design approaches through two case studies. • A co-adaptation approach of the habitat for home-healthcare. • An assessment approach of the acceptability level of a solution based on Bayesian networks. • An improvement approach of the assessed acceptability level, enabling the research and simulation of improvement scenarios, combining Bayesian networks and a simulated annealing algorithm

Conceptual Modelling (CM) has received little attention in the area of Modelling and Simulation (M&S) and more specifically in Discrete Event Simulation (DES). It is widely agreed that CM is least understood despite its importance. This is however, not the case in other fields of science and engineering (especially, computer science, systems engineering and software engineering). In Computer Science (CS) alone, CM has been extensively used for requirements specification and some well-established methods are in practice. The aim of the thesis is to propose a CM framework based on the principles of software engineering and CS. The development of the framework is adapted from a well-known software engineering method called Structured Analysis and Design Technique (SADT), hence it is called SADT CM. It is argued that by adapting approaches from CS, similar benefits can be achieved in terms of formality, understanding, communication and quality. A comprehensive cross-disciplinary review of CM in CS and M&S is undertaken, which highlights the dearth of standards within M&S CM when compared to CS. Three important sub-fields of CS are considered for this purpose namely, information systems, databases and software engineering. The review identifies two potential methods that could be adopted for developing a M&S CM framework. The first method called PREView was found unsuitable for M&S CM in DES domain. Hence, the thesis concentrates on developing the framework based on SADT. The SADT CM framework is evaluated on three-in depth test cases that investigate the feasibility of the approach. The study also contributes to the literature by conducting a usability test of the CM framework in an experimental setting. A comprehensive user-guide has also been developed as part of the research for users to follow the framework.

Répondant à un besoin grandissant de standardisation et d’adaptabilité pour les systèmes pyrotechniques, nous présentons au travers de ce travail un nouveau concept de leurre infrarouge intelligent, contrôlable à l’aide d’un système d’initiation électronique miniature embarqué. Notre solution innovante se décompose en trois blocs fonctionnels distincts : (1) un bloc d’éjection pyrotechnique contrôlable intégrant trois charges d’éjection dans une seule pièce plastique métallisée, (2) un bloc appelé fonction terminale, constitué d’un pain pyrotechnique infrarouge structuré, couplé à un étage de micro-initiation à base de nano-thermites, adressable et basse énergie, et (3) un bloc de contrôle, connecté et autonome, répondant au STANAG 4187 qui commande l’armement et la mise à feu des fonctions pyrotechniques. Au cours de ce travail, nous avons développé un code de balistique intérieure à paramètres globaux et un superviseur d’optimisation, capable de simuler n’importe quel système à effet mortier, et un code de régression géométrique basé sur la méthode level-set,capable de modéliser la combustion de n’importe quel pain solide multicomposition, compartimenté ou structuré, allumé séquentiellement ou simultanément en plusieurs points.Nous avons montré théoriquement, puis validé expérimentalement, qu’il était possible de contrôler finement la réaction de combustion des pains pyrotechniques IR grâce à un allumage séquentiel de ces derniers, ce qui représente une innovation importante en pyrotechnie. Nous avons validé expérimentalement, qu’il était possible de contrôler la vitesse d’éjection de leurres IR grâce à un allumage partiel d’impulseurs plastroniques. Ce travail a abouti à l’intégration des différents blocs fonctionnels dans un démonstrateur représentatif d’un leurre infrarouge intelligent et miniature : CASSIS. / Answering a growing need for standardization and adaptability in pyrotechnics, we hereby present a smart and safe pyrotechnical infrared (IR) flare electronically controllable through an embedded miniature initiation system. The countermeasure has been designed to fit within a 1”×1”×8” standard cartridge, and consists of three distinct blocks, which are mechanically and electronically interconnected: (1) a pyrotechnical ejection block integrating three ejection charges in a single metalized plastic casing, (2) a micro-initiation stage comprising nanothermite-based micro-initiators and a structured pyrotechnic loaf, (3) a STANAG 4187 compatible electronic control, command and power management block.Throughout this work, we developed a lumped parameter internal ballistics model for the ejection, and conducted a response surface methodology study to extract optimal design parameters. We developed a geometric regression script, based on level set techniques, to model the combustion of multicomponent, sequentially-initiated, partially inerted pyrotechnic loafs. We demonstrated, theoretically then experimentally, that we could control the combustion of IR pyrotechnic loaves using sequential initiation, and that we could control the ejection velocity of IR flares using multipoint mortar ejectors.This work resulted in integrating said technological block in a functional 1’’1’’8’’ controllable, autonomous safe and smart infrared flare demonstrator, CASSIS.

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L’ingénierie système et le management de projet sont deux disciplines essentielles dans l'industrie, et représentent deux facteurs essentiels pour la réussite des projets. Cependant, depuis de nombreuses années, s’est établie une barrière culturelle entre les praticiens de l'ingénierie des systèmes et ceux de la gestion de projet. Alors que l'ingénierie des systèmes s’intéresse aux éléments techniques, le management de projet a la responsabilité globale du projet ; de ce fait, certains considèrent que leurs activités sont indépendantes plutôt que de les considérer comme des parties d’un tout. Par conséquent, le travail coûte souvent plus, prend plus de temps, et fournit une solution non optimale pour le client. Alors comment faire pour supprimer les barrières entre les différentes équipes, les pratiques et les connaissances, afin de prendre les décisions dans le projet sur la base des vues intégrées de ces parties prenantes ? La réponse à cette question est essentielle pour assurer le succès du projet et améliorer la performance en entreprise. Cette thèse se place à l'intersection de plusieurs disciplines, notamment l’ingénierie système et le management de projet. Elle promeut le développement collaboratif de systèmes multi-technologies et la prise de décision partagée entre les parties prenantes. Notre premier objectif porte sur l'harmonisation des descriptions des processus du management de projet et d'ingénierie des systèmes sur la base des normes et guides de bonnes pratiques internationaux. Notre proposition est d'élaborer un cadre de processus fondamentaux et alignés pour supporter le management des processus d’ingénierie système qui peut être adapté à des entreprises de profils différents (PME, ETI ou grands groupes). Pour cela, nous comparons les cinq normes et guides d'ingénierie des systèmes (ANSI/EIA 632, ISO/IEC 15288, IEEE 1220, INCOSE Handbook et Sebok) et les trois normes et guides de gestion de projets (PMBoK, ISO 21500, ISO/IEC 29110) afin d'évaluer la cohérence de ces documents de référence en ce qui concerne les processus qu'ils décrivent et qui sont impliqués dans l'ensemble du projet. Au-delà de l'intégration des pratiques par l'utilisation de ce cadre, nous offrons aussi aux ingénieurs systèmes et managers un ensemble d'indicateurs qu'ils peuvent partager afin de faciliter la coopération entre eux et leur permettre une prise de décision collaboration dans le suivi et le pilotage des projets. Les indicateurs sont évalués à la fois par les ingénieurs systèmes et les managers et leur importance est décidée collaborativement à l’aide d’une méthode multicritère d’aide à la décision (AHP). Ensuite, sur la base des valeurs des indicateurs, les méthodes du chemin critique (CPM) et de gestion adaptative de la valeur acquise (EVM) sont utilisées pour évaluer l’avancement du projet et du développement du système. Quatre indices sont ainsi définis pour supporter le processus de prise de décision tout au long du projet afin de permettre la prise de décisions collaborative et de rendre celle-ci plus rationnelle. / In a highly competitive economic context, companies need to improve their performance in entire life cycle of a product. It is often found that company organization leads to segregation between systems engineering and project management, with the result that decision-making is sometimes misguided and may compromise project execution, whereas, although they each have specific visions and targets, these disciplines are nonetheless intended to serve a common objective, which is to satisfy the customer. So it is an important issue to facilitate their adoption and their joint deployment within the company, in order to improve decision-making in engineering projects. The proposal of the thesis involves bringing systems engineering and project management closer together in order to help both systems engineers and project managers assess the project progress. Based on this assessment, they can adjust the project policy dynamically through the project life cycle. In this thesis, we first harmonize the standards and guides from systems engineering and project management domains and define an integrated process groups organized into 3 groups of processes. Then we identify a set of key indicators related to these process groups, indicators are then valuated and give the evaluation of the indicator based on the analytic hierarchy process method to integrate the views of systems engineers and project managers in an additional way. On the basis of these indicators, we use the critical path method and earned value management method to assess the project progress values and define two project indexes to assess and insight the project progress easier.