Les systèmes de production manufacturiers sont une classe des systèmes à événements discrets. Leur taille nécessite de distribuer le logiciel de contrôle sur une architecture industrielle de plusieurs ordinateurs reliés en réseau. Dans ce contexte, il devient essentiel d'être capable d'évaluer l'impact d'une architecture réseau spécifique sur les services des systèmes manufacturiers en termes de la performance et la qualité. Les performances du réseau sous-jacent peuvent notamment nuire à la productivité du système. Dans la méthodologie traditionnelle proposée dans la littérature, cet aspect n'est pas pris en compte au niveau conception. Cependant, la modélisation de tels systèmes est importante pour vérifier certaines propriétés. Dans cette thèse, nous proposons une approche de modélisation par composants à l'aide des réseaux de Petri haut niveau pour la modélisation de certains protocoles de réseaux afin d'évaluer les systèmes manufacturiers comme étant des systèmes distribués. La sélection des réseaux de Petri est justifiée par leur pouvoir d'expression en ce qui concerne la modélisation des systèmes distribués et concurrents. L'approche par composants permet de diminuer la complexité de la modélisation et encourage la généricité, la modularité et la réutilisabilité des composants prêt-à-utiliser. Cela permet de construire facilement de nouveaux modèles et de réduire les coûts de développement de systèmes. En outre, cela peut aider à une meilleure gestion des services et des protocoles et à changer facilement/modifier un élément du système. Notre modélisation permet enfin d'évaluer ces systèmes par le biais de simulations centralisées

Dans les années 90, la commission européenne a sollicité la mise au point d'un système de contrôle commande et de signalisation ferroviaire commun à tous les réseaux des états membres : le système ERTMS " European Railway Traffic Management System ". Il s'agit d'un système réparti complexe dont le déploiement complet est long et coûteux. L'objectif global consiste à diminuer les coûts de validation et de certification liés à la mise en œuvre de ce nouveau système en Europe. La problématique scientifique réside dans la modélisation formelle de la spécification afin de permettre la génération automatique des scénarios de test. Les verrous scientifiques, traités dans cette thèse, sont liés d'une part à la transformation de modèle semi-formel en modèle formel en préservant les propriétés structurelles et fonctionnelles des constituants réactifs du système réparti, et d'autre part à la couverture des tests générés automatiquement. Les constituants sont sous la forme de boîte noire. L'objectif consiste à tester ces derniers à travers la spécification ERTMS. Nous avons développé une approche de modélisation basée sur le couplage de modèles semi-formels (UML) et de modèles formels (Réseaux de Petri). Ce couplage se fait à travers une technique de transformation de modèles. Nous avons développé ensuite une méthode de génération automatique de scénarios de test de conformité à partir des modèles en réseaux de Petri. Les scénarios de test ont été considérés comme une séquence de franchissement filtrée puis réduite du réseau de Petri interprété représentant la spécification. Ces scénarios ont été exécutés sur notre plateforme de simulation ERTMS

Les systèmes complexes ferroviaires étant de plus en plus contraints par des autorités de décision placées à un haut niveau d'abstraction, il devient problématique d'imposer des critères à une autre échelle que fonctionnelle. Ainsi, dès lors que l'on descend plus bas, nous sommes confrontés à des spécificités des systèmes nationaux qui font perdre la généralité du travail des décisionnaires Européens. Le problème est qu'à chaque niveau d'abstraction, des méthodes d'évaluation du risque existent, mais sans être compatibles entre elles. Par ailleurs, la combinaison des couches et la vision fonctionnelle du système ne prennent pas en compte l'impact des fonctions les unes sur les autres, ni le lien entre le niveau global et les composants afin d'allouer la sécurité.Nous proposons donc une démarche harmonisée d'évaluation du risque, capable de répartir les contraintes définies au niveau fonctionnel abstrait sur les entités qui implémentent les systèmes avec leurs spécificités.Notre contribution est méthodologique. Elle part d'un modèle fonctionnel du système ferroviaire constitué en couches. Le but étant de représenter ce système sans dépendance entre les fonctions, il a fallu les traduire indépendamment des autres en faisant apparaître les entrées/sorties comme des places/transitions d'un réseau de Petri. A chaque couche de la décomposition correspond une classe de réseau de Petri. Ainsi, à la couche structurelle, nous associons les réseaux de Petri Temporels; à la couche fonctionnelle les réseaux de Petri stochastiques et à la couche logique les réseaux de Petri Prédicats Transitions

Un système embarqué peut être défini comme un système électronique et informatique autonome, dédié à une tâche bien définie et soumis à des contraintes. Les défaillances des systèmes embarqués sont de plus en plus difficiles à prévoir, comprendre et réparer. Des travaux sur la sûreté de fonctionnement ont mis au point les techniques de vérification et des recommandations de conception pour maîtriser les risques. En même temps d'autres travaux ont entrepris d'améliorer la fiabilité de ces systèmes en rénovant les méthodologies de conception. Les méthodes de diagnostic, à leur tour, ont évolué afin d'améliorer la tolérance des systèmes embarqués aux pannes et leur capacité à s'auto-diagnostiquer. Ainsi, le domaine de l'analyse de la " diagnosticabilité " a vu le jour. Aujourd'hui, le concepteur d'un système doit s'assurer que celui-ci est diagnosticable, c'est-àdire que les fautes qui peuvent y apparaitre sont identifiables, avant de construire ou fabriquer le système. Les méthodes d'analyse de la diagnosticabilité se focalisent sur ce que nous appelons " la diagnosticabilité fonctionnelle " où l'architecture matérielle du système n'était pas directement considérée. Cette thèse contribue à l'analyse de l'impact de l'interaction des fonctions-architecture sur la diagnosticabilité d'un système embarqué. L'approche que nous avons conçue est intégrable dans le cycle de conception des systèmes embarqués ; elle commence par l'analyse de la diagnosticabilité des systèmes à événements discrets (telle qu'elle est présentée dans la littérature). Notre méthode, exige ensuite la vérification d'un ensemble de propriétés que nous avons définies et appelées " propriétés de la diagnosticabilité fonctionnelle-architecturale ". La vérification des propriétés s'effectue en deux étapes : la première étape est la vérification de la description de l'architecture (réalisée en AADL) et la deuxième étape est la vérification de l'interaction fonctions-architecture (réalisée en SystemC-Simulink). Pour l'analyse de l'interaction des fonctions avec l'architecture, réalisée en SystemC-Simulink, nous avons développé un prototype d'outil COSITA basé sur l'analyse des traces de la co-simulation du co-modèle. Nous avons comparé les résultats de l'analyse des traces de co-simulation avec des résultats que nous avons obtenus suite à une émulation sur une plateforme physique automobile dans le laboratoire Heudiasyc. Finalement, nous avons mis au point à travers cette thèse une méthodologie originale d'analyse de la diagnosticabilité qui prend en considération les contraintes de l'architecture matérielle du système.

This thesis presents a unified framework for the analysis of instantaneous kinematics and statics of spatial manipulators. The proposed formulation covers the entire range of kinematic behavior, with kinematic singularity and isotropy appearing as special cases. An analogous treatment of statics is also presented. It is established that the formulations presented are capable of generating exact solutions in closed form for several interesting problems in manipulator analysis. Several such results have been obtained via extensive usage of symbolic computation tools developed for this purpose. The proposed approach is applicable to manipulators of different architectures. However, the focus is on the parallel and hybrid manipulators, as their analysis presents more challenges than their serial counterparts. The theory of screws has been adopted as the basis of the formulation. Instantaneous kinematics and statics are studied in terms of the principal bases of the space of twists, se(3), and the space of wrenches, se* (3), respectively. A dual number parameterisation of the motion space is adopted to make the formulation compact and dimensionally consistent. The properties of the dual combination obviate the need for an explicit scaling between the linear and angular velocities or the forces and moments. Hence the results obtained from the formulation are purely geometrical. The analysis of the twists is performed via the dual velocity Jacobian matrix. The principal basis of se(3) is obtained from the eigenproblem of a symmetrical dual matrix associated with the Jacobian. The notion of a dual eigenproblem is introduced in this context. Solutions are provided for the general case, as well as a few special cases. The computations involve the solution of at most a cubic equation for any arbitrary degree-of-freedom of rigid-body motion, and closed form results are therefore ensured. The results of the eigen-analysis lead to a decoupling of the rotational and the pure translational components of a rigid-body motion. This is termed as the partitioning of degrees-of-freedom. They also motivate an interesting classification of the manipulators based on the instantaneous partition of its degrees-of-freedom. This notion is further extended to analyse the effects of a singularity on the motion characteristics of a manipulator. Due to the duality of se(3) and se*(3), the formulation of statics is completely analogous, and involves, in essence, only the substitution of the dual wrench-transformation matrix for the dual Jacobian. A similar partitioning of the wrench system is introduced based on the eigen-decomposition in the context of statics. It is shown that the principal screws associated with either a system of twists or wrenches can be obtained from a generalised eigenproblem of two symmetric real matrices arising out of the symmetric dual matrix mentioned above. The general 2-and 3-screw systems are analysed in closed form via the generalised characteristic polynomial. Several special screw systems are described in terms of algebraic equations in terms of the coefficients of this polynomial. Principal bases for 4-and 5-systems are obtained in a novel fashion without deriving their reciprocal systems explicitly. Using the same approach based on the analysis of the characteristic polynomial, compact algebraic conditions for singularity and isotropy are derived as the special cases of a single formulation. The above formulations establish the existence of exact closed-form results. However, to implement them symbolically for a real application problem, capabilities in existing computer algebra systems do not suffice in general. Therefore simplification and computational algorithms are developed for dealing with large expressions with algebraic and trigonometric terms typically appearing in kinematics and statics. Three canonical forms of such expressions and the corresponding simplification schemes are presented. The theoretical developments are illustrated with examples of serial, parallel and hybrid manipulators throughout the thesis. However, the most important applications of these are in the kinematic and static analysis of a semi-regular Stewart platform manipulator (in which the top and bottom platforms are semi-regular hexagons). Using the degeneracy of the wrench transformation matrix as the singularity criterion, the singularity manifold of the manipulator is obtained via extensive application of the symbolic simplification algorithms. The constant-orientation singularity manifold is derived in a compact closed form, and a complete geometric characterisation and explicit parameterisation of the same are presented. The constant-position singularity manifold is also obtained in closed form. On the other hand, families of configurations of the manipulator for combined kinematic or static isotropy for a given architecture are derived in closed form. Also, architectural designs are obtained for the manipulator such that it exhibits combined kinematic or static isotropy at a given configuration.

Ces deux dernières décennies, les systèmes embarqués ont été introduits dans de nombreux domaines d'application (transport, industrie, habitat, médical...). Ces systèmes se sont vu confier des tâches plus importantes pour délivrer de nouveaux services aux utilisateurs avec des délais de mise sur le marché toujours plus courts et à moindre coût. L'intégration rapide de ces systèmes au sein de produits manufacturés est un avantage concurrentiel pour les industriels. Cependant, les pannes associées à ces systèmes et le niveau de complexité croissant des équipements ont rendu les interventions de maintenance bien plus délicates. L'identification des causes de certaines pannes représente actuellement un véritable challenge dans les activités de la maintenance. Elles entrainent une indisponibilité excessive des équipements.Cette thèse propose une architecture générique de surveillance "active" pour l'aide à la maintenance de systèmes mobiles. Cette architecture repose sur des entités de surveillance "intelligentes" capables d'évaluer l'état de santé des équipements surveillés. Notre contribution se situe à la rencontre de différentes communautés de Recherche et s'appuie notamment sur des concepts développés par lacommunauté PHM (Pronostics and Health Management).L'architecture proposée est mise en œuvre et appliquée a la surveillance d'un système réel de transport ferroviaire dans le cadre du projet SURFER (SURveillance active FERroviaire) conduit par Bombardier-Transport.

Le réseau sans fil est l'un des domaines de réseautage les plus prometteurs avec des caractéristiques uniques qui peuvent fournir la connectivité dans les situations où il est difficile d'utiliser un réseau filaire, ou lorsque la mobilité des nœuds est nécessaire. Cependant, le milieu de travail impose généralement diverses contraintes, où les appareils sans fil font face à différents défis lors du partage des moyens de communication. De plus, le problème s'aggrave avec l'augmentation du nombre de nœuds. Différentes solutions ont été introduites pour faire face aux réseaux très denses. D'autre part, un nœud avec une densité très faible peut créer un problème de connectivité et peut conduire à l'optension de nœuds isolés et non connectes au réseau. La densité d'un réseau est définit en fonction du nombre de nœuds voisins directs au sein de la portée de transmission du nœud. Cependant, nous croyons que ces métriques ne sont pas suffisantes et nous proposons une nouvelle mesure qui considère le nombre de voisins directs et la performance du réseau. Ainsi, la réponse du réseau, respectant l'augmentation du nombre de nœuds, est considérée lors du choix du niveau de la densité. Nous avons défini deux termes: l'auto-organisation et l'auto-configuration, qui sont généralement utilisés de façon interchangeable dans la littérature en mettant en relief la différence entre eux. Nous estimons qu'une définition claire de la terminologie peut éliminer beaucoup d'ambiguïté et aider à présenter les concepts de recherche plus clairement. Certaines applications, telles que Ies systèmes "In-Flight Entertainment (IFE)" qui se trouvent à l'intérieur des cabines d'avions, peuveut être considérées comme des systèmes sans fil de haute densité, même si peu de nœuds sont relativement présents. Pour résoudre ce problème, nous proposons une architecture hétérogène de différentes technologies à fin de surmonter les contraintes spécifiques de l'intérieur de la cabine. Chaque technologie vise à résoudre une partie du problème. Nous avons réalisé diverses expérimentations et simulations pour montrer la faisabilité de l'architecture proposée. Nous avons introduit un nouveau protocole d'auto-organisation qui utilise des antennes intelligentes pour aider certains composants du système IFE; à savoir les unités d'affichage et leurs systèmes de commande, à s'identifier les uns les autres sans aucune configuration préliminaire. Le protocole a été conçu et vérifié en utilisant le langage UML, puis, un module de NS2 a été créé pour tester les différents scénarios.

Si l'utilisation de voix et vidéo sur ip fonctionne correctement sur un réseau WiFi avec un seul point d'accès, les performances en terme de qualité de service sont altérées sur un réseau WiFi maillé où chaque point d'accès sert de relais aux suivants. En effet, le partage d'un même canal radio sur de grandes surfaces par plusieurs noeuds qui ne se captent pas toujours permet difficilement d'établir des communications nécessitant de la qualité de service. La difficulté d'une analyse par expérimentation, due à la difficulté d'observation des communications, a orienté l'étude vers la simulation. En l'absence de simulateurs existants adéquats au vu d'un réseau maillé qui est un concept récent, l'objet de cette thèse est la création, l'étude et l'exploitation d'un simulateur, basé sur des réseaux de Petri, permettant la simulation de communications sur un réseau maillé WiFi. Les améliorations apportées par cette étude ont pour but d'être implémentées sur un matériel existant afin d'offrir un service de transport de voix et de vidéo sur un réseau WiFi maillé. Les premières simulations réalisées à l'aide de cet outil ont fait apparaître des pertes de paquets et des altérations de la gigue due à l'état des files d'attente d'émission de certains noeuds. Après avoir identifié des leviers accessibles sur le matériel existant sur lequel peuvent être effectivement apportées des améliorations tout en restant dans le cadre de la norme, une approche automatique et réseaux a mis en évidence des stratégies d'améliorations possibles de la qualité de service nécessaire pour des communications audio et vidéo.

Dans cette thèse nous proposons une nouvelle formulation de la procédure de détection et d'isolation de défauts provenant des actionneurs pour les systèmes dynamiques. Habituellement, un système de commande se compose de trois parties : les capteurs, le procédé et les actionneurs. L'actionneur est un dispositif interne avec sa propre structure et ses caractéristiques dynamiques. Dans la majorité des études, il est considéré tout simplement et d'une manière approximative comme des coefficients constants, mais ce type de formulation d'actionneur n'est pas efficace pour l'identification exacte des défauts issus des organes de commande pour les systèmes réels. Dans le but de s'approcher de la réalité et aussi pour améliorer l'efficacité du diagnostic, nous allons considérer l'actionneur comme un sous-système connecté en cascade avec le procédé. En utilisant cette nouvelle formulation, les défauts actionneurs peuvent être modélisés en les considérant comme étant un changement au niveau des paramètres internes de ce sous-système actionneur. Nous supposons que la sortie de l'actionneur qui représente aussi l'entrée du système dynamique est non mesurable, donc nous allons obtenir l'information sur les défauts actionneurs seulement à partir de la variable de sortie du procédé. Une question intéressante peut se poser lors de l'implantation de la procédure de diagnostic des défauts actionneurs: est ce que l'information sur les défauts actionneurs peut être complètement vue à la sortie du système dynamique ? Cet apport informationnel constitue le problème primordial pour concevoir la procédure de diagnostic désirée. Pour décrire cette nouvelle reformulation, nous avons introduit quelques notions sur les systèmes inverses et nous avons donné également une condition de rang pour l'inversibilté à gauche des systèmes linéaires. Le but de l'étude de ces notions est de trouver les conditions satisfaisantes qui vont permettre la détection de défauts provenant de l'actionneur. Pour l'isolation des défauts, nous avons utilisé une approche basée sur les observateurs par intervalles. En effet, cette méthode nous a permis d'isoler les défauts d'une manière très rapide. L'ensemble des résultats présentés ont été illustrés par un exemple de simulation sur un réacteur nucléaire montrant l'efficacité de la méthode pour l'isolation de défaut.

La détection de défaut est un champ de recherche très large. Les approches à base de modèle ont reçu une attention particulière. Parfois les incertitudes du modèle créent des déviations impactant la détection de défaut. Plusieurs méthodes sont apparues pour surmonter ce problème. L'approche active essaie de découpler les incertitudes afin de créer des résidus sensibles aux défauts alors que l'approche passive propage les incertitudes afin de créer des enveloppes contenant toutes les trajectoires. Dans ce mémoire, l'approche passive a été privilégiée et l'estimateur d'état par prédiction/correction appelé également " Set-Valued Observer " a été investigué. Cet observateur est particulièrement intéressant pour gérer l'effet d'enveloppement causé par les incertitudes du modèle. L'application étudiée dans ce mémoire est un papillon motorisé dont le modèle est non-linéaire. Pour éviter le conservatisme dû aux non-linéarités, l'approche multimodèle est utilisée pour modéliser - par plusieurs modèles linéaires qui commutent - le papillon motorisé. L'avantage de cette approche est de pouvoir utiliser directement l'analyse par intervalles sans dégrader la robustesse du diagnostic. Par ailleurs, certains capteurs du papillon motorisé ne sont pas disponibles ; la reconstruction de l'état, basée sur les redondances analytiques du modèle est nécessaire. Un Observateur de Luenberger Ensembliste est proposé, permettant d'allier la robustesse des méthodes ensemblistes et la puissance de l'exploitation des redondances analytiques du modèle à des fins de reconstruction de capteurs manquants. Cet observateur robuste allié à l'approche multimodèle nous a permis de concevoir une méthode de détection robuste des défauts dédiée au papillon motorisé et à de nombreux autres systèmes.