Cette thèse s’intéresse à la conception de systèmes complexes d’automatisation sûrs de fonctionnement dont l’évaluation est basée sur des scénarios. Pour déterminer un système optimal, il est important de disposer d’outils de modélisation et d’évaluation rapides ainsi que des algorithmes d’optimisation adaptés au sein d’une méthodologie globale de conception. Cette méthodologie doit également permettre d’étudier l’impact des défaillances sur le comportement final du système contrôlé. Dans ce cadre, la détermination d’un architecture matérielle, son optimisation vis-à-vis de critères comme la longueur minimale des scénarios et le nombre de combinaisons de scénarios sont considérés.Nous proposons une modélisation fonctionnelle et dysfonctionnelle utilisant les scénarios de modes de défaillances. Le niveau de détail considéré est suffisamment fin pour décrire différentes possibilités d’agencements des composants utilisables ainsi que plusieurs types de composants. Si la modélisation fonctionnelle est facile à appréhender, la modélisation dysfonctionnelle tenant compte des scénarios est plus difficile. Afin de répondre à ce problème, nous proposons un modèle graphique baptisé ”Arbre de défaillances multiples améelioré” permettant de modéliser, à l’aide d’opérateurs temporels et de relations entre modes de défaillances, ce comportement dysfonctionnel. L’applicationde cette méthodologie à un système de ferroutage est présentée. Les résultats obtenus pour les fonctionnalités liées au problème de l’incendie et du désarrimage sont comparés avec une méthode classique d’évaluation afin de montrer l’efficacité de l’approche proposée. L’intégration de ces travaux dans un logiciel dédié à la conception de systèmes d’automatisation (plate forme ALoCSyS : Atelier Logiciel de Conception de Systèmes Sûrs) est décrite. / This thesis deals with a design problem of dependable automated systems using scenarios. In order to determine an optimal system, having fast tools for modelling and evaluating dependability is important. These tools allow the set of possible architectures to be evaluated, and the impact of failures to be studied. The main considered questions include the determination of an equipment architecture, its optimization according to such criteria as the minimal length of scenarios, and its number of combinations. A new graphical model, called improved multi fault tree, which is enough accurate to model component organizations and scenarios, is proposed for this problem. This model uses temporal operators and failure relationships to model system’s behaviour in presence of multiple failures. Application of this method to the railroad piggybacking transportation system is also presented. Results obtained for a fire detection and a stowing protection system are presented. A comparison between the proposed approach and the classical dependability approach shows the benefits of this new methodology. The integration of this research in a software for designing dependable automated systems (ALoCSyS) is described.

Le vieillissement de la population européenne a encouragé la communauté à favoriser larecherche de solutions pour soutenir cette évolution. Dans ce contexte, plusieurs questions (liéesaux services de soins de santé et aux établissements de santé, coûteux, et à capacités limitées)doivent être abordées.Ainsi, plusieurs projets de recherche et des solutions industrielles ont été proposés pour remédier àces problèmes. La plupart de ces solutions sont basées sur l'utilisation des derniers développementstechniques en matière de TIC permettant ainsi de fournir des solutions qui améliorent le bien-êtredes personnes âgées et de garantir leur indépendance dans leurs propres espaces de vie. Lessolutions technologiques fournies doivent être garanties contre les défauts potentiels deséquipements qui peuvent conduire à l'échec des systèmes et avoir un impact sur les besoins etl'indépendance des utilisateurs.Dans ce travail, nous proposons une représentation du système d'automatisation de la maison, surla base des besoins qui consiste à fournir des solutions continues et viables et répondant auxattentes des utilisateurs (tout en assurant la disponibilité des services des systèmes).Dans cet objectif, nous proposons de développer un cadre de modélisation représentant lesystème reconfigurable domotique et permettant l'examen de l'approche de la tolérance depanne, sur la base de la définition de scénarios alternatifs (assurant la délivrance continue desservices). Dans ce workflow, nous décrivons les éléments structurels du système (décrits commedes services et composants) en vue de la modélisation conceptuelle. Des règles de transformationde modèle permettent de générer un modèle d'analyse et un modèle de comportement. Lemodèle d'analyse permet de prendre une décision à propos de la sélection des élémentsalternatifs pour remplacer les éléments défectueux. Ce modèle d'analyse est défini sur la base dela notion d'approche d’arbre de défaillances, qui adopte la probabilité d'échec descomposantes pour évaluer l’état global du système considéré. Le modèle de comportement estresponsable de la simulation de l'exécution des services du système pour assurer que les scénariosconduisent à la délivrance du système.Par ailleurs, nous proposons de définir une caractéristique permettant d’évaluer l'importanceempirique (vue par le concepteur) des composantes d'un système dans le cadre d’un servicedonné. Ensuite, nous proposons une nouvelle approche, fondée sur l'intégration du facteur del'importance dans l'approche d’arbre de défaillances pour étudier la criticité du composant, encas d'échec, ainsi que la continuité de service. Un cadre de validation expérimentale, basé surplusieurs objectifs de validation est finalement proposé pour conclure ce travail de recherche. / The ageing of the European population encouraged the community to search for solutions tosupport this evolution. In this context, several issues (related to the expensive and limited healthcare services and health facilities capacities) need to be addressed.Thus, several projects, research and industrial solutions have been proposed to address these issues.Most of these projects and industrial developments are based on the use of the latest ICT technicaldevelopments to provide solutions that ameliorate the well-being of the targeted ageing groupand to guaranty their independence in their own living spaces. The provided technologicalsolutions need to be guaranteed against potential faults which may lead to the systems failure andimpact the users’ needs and independency.In this work, we propose a home automation system representation, based on the user’s needs toprovide continuous and viable solutions that meets the users’ expectations, and ensuring theavailability of system’s services.For this goal, we propose to develop an integrated modeling framework allowing therepresentation of the home automation reconfigurable system with the consideration of a faulttolerance approach (based on the alternative definition of scenarios of system servicesdeliverance).In the proposed workflow, we describe the system structural elements (described as services andcomponents) in the design modeling view, and, we lead model transformation rules allowinggenerating an analysis model and a behavior model. The analysis model allows making a decisionabout the alternative elements selection in order to substitute the faulty elements. The analysismodel definition is based on the notion of Fault Tree Analysis approach (adopting the probabilityof events failure in order to evaluate a given system status).The behavior model is in charge of simulating the execution of the system services ensuring, thus,that the proposed scenarios lead to system services deliverance.Moreover, we propose to define an expert based feature measuring the importance of a system’scomponent within the service context. In this framework, we propose a new approach, based onthe joint integration of the importance factor into the Fault Tree Analysis approach in order to studythe criticality of the component, in case of failure, on the service continuity.We propose an experimental validation framework, based on several validation objectives toevaluate the proposed work in this research

La difficulté d'exprimer les propriétés formelles d'un contrôleur logique en vue de sa vérification est un des obstacles majeurs à la diffusion de ce type de techniques. L'objectif de cette thèse est donc de faciliter l'élaboration de ces propriétés formelles en proposant une méthode basée sur l'analyse prévisionnelle par Arbre des Défaillances (AdD). Ainsi, une propriété sera la non réalisation d'une faute. Quatre contributions sont alors développées pour mettre au point cette méthode : deux contributions de nature méthodologique et deux autres de nature formelle. Les contributions de la première catégorie sont, d'une part, l'intégration, dans la structure de l'AdD, des fautes du logiciel de commande du contrôleur logique (dites fautes systématiques car reproductibles) et, d'autre part, la représentation de ces fautes systématiques avec un vocabulaire de portes prenant en compte les temps logique et physique. Les deux contributions formelles proposent une sémantique formelle, en premier lieu, des portes adoptées dans le travail, et deuxièmement, d'associations de portes. Enfin, un exemple permet de montrer l'intérêt de ces quatre propositions pour l'amélioration de la sûreté des contrôleurs logiques.

Les travaux proposés dans cette thèse s'intéressent à la commande et la surveillance d'une classe particulière de systèmes de production : les systèmes manufacturiers à contraintes de temps de séjour. Nous supposons dans l'étude que les ressources ont déjà été affectées et que l'ordre des opérations est déjà fixé par le module de planification/ordonnancement. Les hypothèses de fonctionnement répétitif avec et sans postes d'assemblage sont adoptées. De manière assez classique pour ce type de problématique, le formalisme utilisé est celui des Réseaux de Petri P-temporels pour l'étude des instants de débuts et de fins des opérations.Une étude de la robustesse des ateliers manufacturiers à contraintes de temps a été développée. La robustesse est abordée avec et sans modification de la commande relative à la robustesse active et à la robustesse passive respectivement, face aux perturbations temporelles. Un algorithme de calcul d'une borne supérieure de la robustesse passive est présenté. De plus, trois stratégies de commande robuste face aux perturbations temporelles ont été développées.Par ailleurs, l'incertitude dans les systèmes de production manufacturière à été étudié. Notre contribution dans ce cadre porte sur l'intégration des résultats concernant la robustesse dans la génération de symptômes et la classification des comptes rendus associés aux différentes opérations en utilisant la logique floue.Partant d'un système commandé, nous avons présenté en détail une démarche à suivre pour la mise en œuvre d'un modèle de surveillance en se basant sur les chroniques et les arbres de défaillance flous. Cette démarche est appliquée à un atelier de production laitière

Face à l’évolution technologique rapide des produits, l’innovation incrémentale des nouveaux produits, et la mobilité du personnel le plus expérimenté, les entreprises cherchent à formaliser et à capitaliser leurs expériences et les savoir-faire des acteurs d’entreprise en vue d’une réutilisation ultérieure. Afin de répondre à cette problématique, l’approche du raisonnement à partir de cas conversationnel (RàPCC) est une réponse potentielle à la question de la capitalisation et de la réutilisation des connaissances. Notre recherche s’intéresse aux méthodes permettant de piloter le retour d’expérience (RETEX) appliqué à la résolution de problèmes techniques. Notre méthodologie pour créer un système d’aide au diagnostic des pannes est divisée en quatre phases : la description d’événements, l’élaboration de l’ensemble des solutions apportées aux pannes, la mise en place d’une aide au diagnostic grâce aux arbres de défaillances et la mise en place d’un système informatique. Afin d’extraire les connaissances tacites et les formaliser, nous avons créé des protocoles de décision dans le but d’aider l’expert à résoudre un problème industriel. Nous avons donc proposé une formulation et l’élaboration de cas conversationnels dans le domaine du diagnostic. Ces cas doivent être stockés dans une base de cas. Afin de valider notre proposition méthodologique, nous avons réalisé la phase expérimentale dans une entreprise industrielle de l’Est de la France. Nous proposons finalement une maquette informatique conçue pour l’entreprise. Cette maquette permet de réaliser un diagnostic des pannes en créant des cas dans une base de cas pour une réutilisation ultérieure / Faced with the fast technological development of products, incremental innovation of new products, and the mobility of their most experienced staff, companies are seeking to formalize and capitalize on the experiences and know-how of their personnel in order to reuse them later. To deal with these problems, the conversational case based reasoning (CCBR) approach is a potential answer to the question of capitalization and reuse of knowledge. Our research focuses on methods to manage experience feedback (EF). We are placed in the field of experience feedback applied to technical problem solving. Our methodology for creating aided failure diagnosis systems is divided into four phases: the events description, the development of all solutions to failures, the arrangement of a diagnostic aid through fault trees and setting up a computer system. We based our work on the fault tree approach in order to extract tacit knowledge and its formalization. Our objective was to create decision protocols in order to assist the expert in solving an industrial problem. Therefore, we have proposed a formulation and development of conversational cases in diagnosis. These cases must be memorised in a database of cases. To validate our proposal methodology, we have carried out the experimental phase in an industrial company in eastern France. This experiment allowed us to validate our work and highlight its advantages and limitations. Finally, we propose a computer model designed for the company. This model enables failure diagnosis by creating the case in a case base for later utilization

Les travaux proposés dans cette thèse s’intéressent à la commande et la surveillance d’une classe particulière de systèmes de production : les systèmes manufacturiers à contraintes de temps de séjour. Nous supposons dans l'étude que les ressources ont déjà été affectées et que l'ordre des opérations est déjà fixé par le module de planification/ordonnancement. Les hypothèses de fonctionnement répétitif avec et sans postes d'assemblage sont adoptées. De manière assez classique pour ce type de problématique, le formalisme utilisé est celui des Réseaux de Petri P-temporels pour l'étude des instants de débuts et de fins des opérations.Une étude de la robustesse des ateliers manufacturiers à contraintes de temps a été développée. La robustesse est abordée avec et sans modification de la commande relative à la robustesse active et à la robustesse passive respectivement, face aux perturbations temporelles. Un algorithme de calcul d'une borne supérieure de la robustesse passive est présenté. De plus, trois stratégies de commande robuste face aux perturbations temporelles ont été développées.Par ailleurs, l’incertitude dans les systèmes de production manufacturière à été étudié. Notre contribution dans ce cadre porte sur l’intégration des résultats concernant la robustesse dans la génération de symptômes et la classification des comptes rendus associés aux différentes opérations en utilisant la logique floue.Partant d’un système commandé, nous avons présenté en détail une démarche à suivre pour la mise en œuvre d’un modèle de surveillance en se basant sur les chroniques et les arbres de défaillance flous. Cette démarche est appliquée à un atelier de production laitière / The works proposed in this thesis are interested in controlling and monitoring of a particular class of production system : manufacturing job-shops with time constraints. We suppose in the study that the resources are allocated and the operations order is fixed by the module of planning/scheduling. The assumptions of repetitive functioning mode with and without assembling tasks are adopted. For this type of problems, the formalism of P-time Petri nets is used in order to study the operations time constraints.A study of the robustness of the manufacturing workshop to time constraints, has been developed. The robustness is approached with and without control reaction qualified as active robustness and passive robustness respectively, towards time disturbances. A computing algorithm of the upper bound of the passive robustness is presented. In addition, three robust control strategies facing time disturbances were developed.Furthermore, uncertainty in manufacturing systems has been studied. Our contribution in this context is by integration of the analytical knowledge of the robustness in the filtering mechanism of sensors signals that are associated to operations, by using fuzzy logic.Starting from a controlled system, we have presented in detail, a method to be followed for the implementation of a monitoring model based on the chronicles and fuzzy fault tree analysis. This approach is applied to a milk production unit