Les systèmes auteurs (SA) constituent aujourd'hui des outils vitaux en ce qui a trait aux activités de conception de cours dans le domaine du Design Pédagogique (DP). Ces activités permettent d'élaborer des systèmes tuteurs dotés d'une intelligence permettant d'offrir un cadre d'apprentissage et de formation approprié. Cette activité souffre toutefois d'un manque crucial car les SA actuels ne prennent pas en compte l'utilisation de théories pertinentes auxquelles peut se référer le concepteur. Le concepteur n'est ainsi pas en mesure d'avoir accès à ces théories directement à partir du SA. Face à cela, il devient difficile de garantir l'effet de l'apprentissage, car la structure de cours conçue à l'aide des SA ne peut être correctement validée. C'est pour faire face à ces problèmes et fournir une assistance active durant le processus de DP que le présent projet nommé CIAO a été initié. Il a pour objectif de développer un outil d'assistance active basé sur l'usage d'ontologies de théories du Design Pédagogique. Dans le cadre de ce projet, nous avons axé notre attention sur la mise à la disposition du concepteur en tout temps d'une base de connaissance regroupant les théories de l'instruction, de l'apprentissage et du DP. L'accès à ces théories et au savoir qu'elles contiennent permettra à l'auteur de garantir une structure de cours fiable et efficace. Pour la mise en oeuvre, nous avons utilisé (1) une base de connaissances contenant les théories associées aux activités de Design Pédagogique; Cette base de connaissance permettra au concepteur d'explorer en tout temps les théories qu'elle contient et lui permettra d'obtenir des informations clés pour la réalisation de ses activités de DP; (2) des modèles de structures représentés sous forme de scénarios pédagogiques; Ces scénarios constituent le lien entre notre système CIAO et les SA utilisés par le concepteur. Ils pourront être analysés, validés et modifiés en vue de les rendre compatibles aux normes de construction de cours et principalement aux objectifs et attentes visés par le concepteur. L'outil développé dans le cadre de ce projet permet alors d'intégrer une assistance active basée sur des théories pertinentes du Design Pédagogique. Cette assistance est jusqu'à présent l'élément manquant dans les SA. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Assistance au Design Pédagogique, Système tuteur et ontologies, Systèmes auteurs et assistance aux concepteurs, Conception intelligente par Ontologies.

Dans cette thèse nous nous intéressons à la définition des modèles d'humains pour leur prise en compte dans les situations de travail durant les phases de conception des systèmes industriels. Les différents modes d'interventions de l'homme (normal, dégradé, maintenance, dépannage, etc.) et tous les aspects de son intervention (ergonomie, sécurité, respect des normes, .. .) sont considérés. Dans ces cadres, nous avons envisagé et classifié les différents modèles d'humain dans les situations de travail en indiquant leurs spécificités et leurs applications dans les différents domaines. Nous proposons un modèle plus intégré, regroupant des aspects indispensables (mathématiques, sciences humaines, modèles descriptifs et réalité virtuelle) avec une interface mixte de logique floue et classique. Enfin, nous avons particulièrement étudié les modèles construits en ingénierie virtuelle afin d'améliorer les applications actuelles pour ajouter de nouveaux points de vues, plus généraux, plus flexibles et plus réalistes au sein des outils de conception de systèmes. Nous proposons une nouvelle approche pour définir des zones dangereuses de situation de travail dans un environnement virtuel ou augmenté. Notre proposition finale est un ensemble de modèles et de processus d'évaluation de performance applicables dans le cadre d'environnements d'ingénierie de production assistée par ordinateur.

Renforcés par les avancées technologiques des « Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication (STIC) », les Travaux Pratiques électroniques « e-TP » sont devenus un mode d’enseignement incontournable surtout dans les disciplines techniques et scientifiques. Plusieurs modes d’e-TP ont émergé : TP virtuel, TéléTP, TP présentiel assisté par ordinateur, TP en réalité augmentée... ces derniers modes nécessitant l'usage de dispositifs matériels (maquette pédagogique, appareils de mesure, robots, etc.). Dans la majorité des cas, avant ou même pendant une session d'e-TP, il est nécessaire de (re)configurer ces dispositifs selon des besoins pédagogiques. Cette reconfiguration nécessite, pour des systèmes complexes, comme les Systèmes Automatisés de Production (SAP), des compétences que l'instructeur ne possède pas systématiquement. Ce qui impose la présence d'un technicien ou limite le nombre d'instructeurs susceptibles d'utiliser la plate-forme pédagogique. Ce travail de recherche a pour objectif de faciliter la (re)configuration de systèmes complexes, particulièrement les SAP, dans le cadre d'e-TPs. Une première enquête auprès des utilisateurs de l’« AIP-Priméca-RAO » (situé à l’INSA de Lyon) a révélé les besoins et contraintes liés à une plate-forme de ce type. Il s'est avéré qu'au-delà de la (re)configuration, l'absence d'outil commun de gestion des ressources pédagogiques faisait perdre un temps précieux aux utilisateurs. Ce constat a nourri la conception d'un outil informatique gérant une chaîne éditoriale dont le but est de simplifier la création, l’édition, l’assemblage, l’organisation et la réutilisation des différentes ressources à exploiter dans une session d’e-TP. Cet outil a également pour objectif d’améliorer l’autonomie de l’instructeur lors de la préparation de sessions d’e-TP tout en réduisant le temps requis pour configurer cette session. Cela a impliqué d’automatiser le processus de reconfiguration du SAP support d'e-TP, et de publication des scénarios pédagogiques sur un système de gestion d’apprentissage « LMS » (Learning Management System). Un prototype a été développé et testé sur des e-TPs réels afin de valider cette conception. Cet outil pourrait, ultérieurement, être rendu plus générique afin de servir des e-TPs dans d'autres disciplines. / Powered by the technological advances of the “Information and communication sciences and technologies”, the Electronic Laboratory for Practical Training “ELab” (also known as ELab hands-on training) has become an inescapable teaching mode especially in the technical and scientific disciplines. Thus, several ELab modes have emerged: virtual ELab, remote ELab, Local Elab, augmented reality ELab, etc. The latter require the use of hardware devices (educational mock ups, measuring instruments, robots, etc.). In most cases, before or during an ELab session, these devices need to be reconfigured according to teaching purposes. For complex systems, like Automated Production Systems (APS), this reconfiguration process requires technical skills which the instructor does not have systematically. This imposes that a technician should be available, failing which the usage of the pedagogical platform will be limited to a few skilled instructors. Accordingly, this research aims at facilitating the reconfiguration process of complex systems (particularly the APS) featuring ELabs. A first survey designated to the users of « AIP-Priméca-RAO », located at the INSA de Lyon, has revealed the needs and constraints related to such a platform. It has been highlighted that beyond the (re)configuration process, a waste of precious time was detected. It has been established that it was due to the absence of a common tool for pedagogical resource management. This observation fed the design of a software tool managing an editorial chain aiming at simplifying creation, edition, assembling, organization, and the reutilization of different resources that can be exploited in an ELab session. This tool is also intended to improve the autonomy of the instructor during the preparation of an ELab session, by reducing the required time to configure this session. This implies to automate the reconfiguration process of an APS supporting the ELab and the publishing of the pedagogical learning scenarios on a Learning Management System (LMS). In order to validate this design, a prototype has been developed and tested on real Elab cases. Subsequently, this tool could be rendered more generic so that it can serve Elabs in different disciplines.

Un intérêt accru a été élevé sur les systèmes d'apprentissage mobiles contextualisé. Ces systèmes visent à fournir les supports d'apprentissage via des appareils mobiles et de les adapter aux besoins spécifiques de l'éducation, les caractéristiques personnelles et les circonstances particulières d'un apprenant ou un groupe d'apprenants interconnectés. L'apprentissage en milieu de travail est une approche essentielle pour promouvoir l'efficacité de travail et d'apprentissage des professionnels. Il est besoin ciblé, personnalisé, juste-à-temps et basé sur la localisation. Ces caractéristiques prédisent que le système d'apprentissage mobile contextualisé peut jouer un rôle dans la promotion de l'efficacité de l'apprentissage en milieu de travail. Cependant, il y a relativement peu de systèmes d'apprentissage mobiles contextualisé proposées pour le développement de l'apprentissage et de la compétence en situation de travail. Cet article propose la conception, la mise en œuvre et l'évaluation d’un système d'apprentissage mobile contextualisé pour le milieu professionnel, nommé WoBaLearn. Plus précisément, dans la thèse, nous avons travailler sur: (1) les théories de l'apprentissage mobile contextualisé et l'apprentissage en milieu de travail; (2) les approches pour la conception d'un système d'apprentissage mobile contextualisé pour le milieu professionnel; et (3) les technologies et les méthodologies de mettre en œuvre et de tester le système d'apprentissage conçu. Les principales contributions de cette thèse sont: 1) Construction d’un modèle de contexte hiérarchique et basé sur une ontologie pour l'apprentissage en milieu de travail Nous avons défini un modèle de contexte initial pour décrire l'information contextuelle de l'apprentissage mobile en milieu de travail, nommé WbML. Ce modèle adopte l'approche hiérarchique, et est construit par l'ontologie. 2) Proposition d’un ensemble de stratégies d'adaptation pour l'apprentissage en milieu de travail et un moteur d'apprentissage pour exécuter ces stratégies Nous avons proposé un ensemble de stratégies d'adaptation. Ces stratégies adapter les supports d'apprentissage en fonction du contexte d’apprentissage actuel. Nous avons proposé également un moteur d'adaptation qui exécute ces stratégies pour mettre en œuvre les adaptations d'apprentissage. 3) Conception de l’architecture d’un système d'apprentissage mobile contextualisé pour le milieu professionnel Combinant avec les bases conceptuelles sur le modèle de contexte, des contenus d'apprentissage, les stratégies d'adaptation et le moteur d'adaptation, nous avons proposé l'architecture de WoBaLearn système qui permet à WoBaLearn de réaliser des services d'apprentissage adaptatif. 4) Mise en œuvre du système et son évaluation avec une étude de cas Nous avons implémenté le système avec les technologies modernes, et mis une étude de cas pour évaluer ce système. Les résultats d'évaluation nous ont fourni la preuve que ce système peut offrir aux professionnels une expérience d'apprentissage satisfaisant et faciliter leurs activités de travail. / Increased interest has been shown in context-aware mobile learning systems. These systems aim to provide learning supports via mobile devices and adapt them to specific educational needs, personal characteristics and particular circumstances of an individual learner or a group of interconnected learners. Work-based learning is a crucial approach to promote professionals’ working and learning efficiency, which is need-targeted, personalized, just-in-time and location-based. These characteristics predict that context-aware mobile learning systems can play a role in promoting the effect of work-based learning. However, relatively few context-aware mobile learning systems are proposed for learning and competence development in work contexts. This dissertation proposes the design, implementation and evaluation of a context-aware mobile system for work-based learning, named WoBaLearn. More specifically, in the dissertation, we worked on: (1) the learning theories related to work-based context-aware mobile learning; (2) the approaches for designing a work-based context-aware mobile learning system; and (3) the technologies and methodologies for implementing and testing the designed system. The main contributions of this thesis are: 1) Proposal of an ontology-based hierarchical context model for work-based learning We defined an initial context model for describing contextual information in work-based mobile learning, named WbML. This model adopts a hierarchical designing approach which classifies con-text into a common layer and a domain layer. This approach improves the reusability of this context model. Also, the WbML context model is built based on ontology for describing context semantically. 2) Design of a set of adaptation strategies for work-based learning and an adaptation engine to execute these strategies We proposed a set of adaptation strategies concerning learning units selection, learning units sequence, learning units navigation, learning partners communication, and learning activities generation. These strategies adapt learning supports depending on professionals’ just-in-time learning con-text. We proposed also an adaptation engine which executes these proposed strategies to implement learning adaptations. 3) Construction of the WoBaLearn architecture Combined with the conceptual design bases about the context model, learning contents, adaptation strategies and adaptation engine, we proposed the system architecture of WoBaLearn which enables the WoBaLearn system to achieve the adaptive learning services. 4) Implementation of WoBaLearn We implemented the proposed system with modern technologies, and set a user study to evaluate it. Evaluation results provided us with the evidence that this system can offer professionals a satisfactory learning experience and facilitate their work activities.

La synthèse de contrôleurs discrets (SCD) est appliquée pour générer automatiquement des contrôleurs matériels corrects par construction. Pour un système donné (un modèle à états), et une spécification de contrôle associée (une exigence comportementale), cette technique génère un contrôleur qui, composé avec le système initial, garantit la satisfaction de la spécification. La technique de SCD utilisée dans ce travail s’appuie sur les diagrammes de décision binaire (BDDs). Les contrôleurs générés doivent être compatibles avec les outils standards de synthèse matérielle de niveau RTL. Deux problèmes principaux ont été examinés: l’explosion combinatoire et la génération effective du contrôleur matériel. La maîtrise de l’explosion combinatoire s’appuie sur des approches de type «diviser pour régner », exploitant la modularité du système ou du contrôleur. La plupart des approches existantes ne traitent pas la communication explicite entre différents composants du système. Le mécanisme de synchronisation le plus couramment envisagé est le partage des événements d’entrée, faisant abstractiondes sorties. Nous proposons une technique de SCD incrémentale qui permet de traiter également les systèmes communicants. Une étape initiale d’abstraction modulaire est suivie par une séquence progressive de raffinements et de calculs de solutions approximatives de contrôle. La dernière étape de cette séquence engendre un contrôleur exact. Nous montrons que cette technique offre une efficacité améliorée en temps/mémoire par rapport à l’approche traditionnelle globale de la SCD. La génération du contrôleur matériel s’appuie sur un traitement spécifique du non-déterminisme de contrôle. Une architecture de contrôle à boucle partiellement fermée est proposée, afin de permettre une conception hiérarchique. Une technique automatique transformant une équation de contrôle en vecteur de fonctions de contrôle est proposée et illustrée. La SCD est ensuite appliquée et illustrée sur la correction de certaines erreurs de conception. L’efficacité des techniques proposées est illustrée sur un ensemble d’exemples de conception matérielle. / The Discrete Controller Synthesis (DCS) technique is used for automatic generation of correct-by-construction hardware controllers. For a given plant (a state-based model), and an associated control specification (a behavioral requirement), DCS generates a controller which, composed with the plant, guarantees the satisfaction of the specification. The DCS technique used relies on binary decision diagrams (BDDs). The controllers generated must be compliant with standard RTL hardware synthesis tools. Two main issues have been investigated: the combinational explosion, and the actual generation of the hardware controller. To address combinational explosion, common approaches follow the "divide and conquer" philosophy, producing modular control and/or decentralized control. Most of these approaches do not consider explicit communication between different components of a plant. Synchronization is mostly achieved by sharing of input events, and outputs are abstracted away. We propose an incremental DCS technique which also applies to communicating systems. An initial modular abstraction is followed by a sequence of progressive refinements and computations of approximate control solutions. The last step of this sequence computes an exact controller. This technique is shown to have an improved time/memory efficiency with respect to the traditional global DCS approach. The hardware controller generation addresses the control non-determinism problem in a specific way. A partially closed-loop control architecture is proposed, in order to preserve the applicability of hierarchical design. A systematic technique is proposed and illustrated, for transforming the automatically generated control equation into a vector of control functions. An application of the DCS technique to the correction of certain design errors in a real design is illustrated. To prove the efficiency of the incremental synthesis and controller implementation, a number of examples have been studied.

La conception des systèmes d'entrainement de bande est étudiée depuis de nombreuses années. Ces systèmes sont très répandus dans l'industrie puisque le conditionnement sous forme de bobines simplifie le traitement de nombreux matériaux tels que le papier, le carton, les polymères, ... Ces systèmes regroupent un grand nombre de difficultés : ils sont de grande dimension, un fort couplage existe entre les grandeurs et de nombreux paramètres varient au cours du temps. La méthode d’optimisation classique consiste à considérer chaque partie du système sans tenir compte des autres. De plus, au sein d'un même sous-ensemble, l’optimisation est réalisée discipline par discipline. Une nouvelle approche est proposée et appliquée à la synthèse de la commande : il s’agit de considérer le système global en prenant en compte la robustesse paramétrique. Ensuite, le choix optimal du tracteur maître et de la technologie d'asservissement de la tension de bane associée sont étudiées. / The design of roll-to-roll systems is studied for several years. This kind of system is very common in industry because the wound roll packaging simplify the treatment of material such as paper, cardboard, polymers, metal ... The studied systems have a high number of difficulties: they are large scale systems, a high coupling between physical values exists and several parameters are time dependent. The classical optimisation method consists in considering separately each subsystem without taking into account interactions. Moreover, the classical optimisation is made for each scientific field. A new approach is developed and applied to controller synthesis: the controllers are synthesized considering the global system with parametric uncertainties. The optimal choice of the master roller position and the technology used to control web tension are then studied.

Les systèmes d'entraînement de bandes flexibles sont utilisés dans la production d'une très grande variété de produits du quotidien mais également dans la métallurgie et dorénavant pour la production des nouvelles technologies. L'amélioration des systèmes industriels d'entraînement de bandes est un problème difficile car ils sont de grande dimension, non-linéaires, à paramètres variant et incertains. Ils possèdent un fort couplage entre les différentes parties (mécanique et commande) à cause de la bande qui relie les éléments. Il faut donc améliorer la chaîne de production par une approche pluridisciplinaire. Les objectifs sont de maîtriser les paramètres clés de ces systèmes afin de garantir les cadences de production et les précisions demandées de plus en plus importantes. Il faut également réduire les défauts les plus récurrents, notamment les plis de bande. Or jusqu'à présent seuls des modèles 1D étaient utilisés. Ils sont indispensables pour la synthèse de commande et les études fréquentielles mais ne permettent pas d'étudier des phénomènes complexes tels que les plis de bande. Une nouvelle approche d'étude de ces systèmes est développée. Dans un premier temps, des améliorations de structures de commandes sont proposées. Dans un second temps un modèle 3D par éléments finis utilisant un algorithme de dynamique multicorps flexibles est développé et utilisé pour étudier les plis de bande par comparaison à la théorie classique de prédiction de ces défauts. Dans un troisième temps un simulateur complet est développé comprenant le modèle 3D mécanique par élément finis couplé à la partie commande (co-simulation). / Roll-to-Roll systems are used in the manufacturing of a wide variety of everyday products as well as in metallurgy and for the manufacturing of new technologies. The improvement of Roll-to-Roll systems is a difficult problem because they are large, non-linear, with varying and uncertain parameters. They have a coupling between the different parts (mechanical and control) with the help of the web connecting the elements. It is therefore necessary to improve the process line through a multidisciplinary approach. The objectives are to master the key parameters of these systems in order to guarantee the manufacturing rates and the more important accuracies requested. It is also necessary to reduce or remove the most recurring defects such as web wrinkles. Until now, only 1D models were used. They are essential for control synthesis and frequency studies but they do not allow to study complex phenomena such as web wrinkles. A new approach for studying these systems is developed. First, improvements of control structures are proposed. Secondly, a 3D finite element model using a flexible multibody dynamics algorithm is developed, used in this work to study web wrinkles and compared to the classical prediction theory of these defects. Finally, a complete simulator is developed including the mechanical 3D model by finite element coupled to the control part (co-simulation).