Depuis plusieurs années, de nombreuses recherches ont été menées autour du diagnostic. Cependant, il est impératif de se préoccuper dès la phase de conception d'un système des objectifs de diagnostic à atteindre. Aussi, de nombreux travaux se sont intéressés à analyser et à caractériser les propriétés de la diagnosticabilité d'un système. La diagnosticabilité est la propriété d'un système garantissant qu'il génère des observations permettant de détecter et discriminer les fautes en temps fini après leur occurrence.Le sujet de cette thèse porte sur les méthodes permettant d'établir les propriétés de la diagnosticabilité des systèmes à événements discrets dans le cadre distribué, sans construction du modèle global du système. Ce cadre est de première importance pour les applications réelles : systèmes naturellement distribués, systèmes trop complexes pour traiter leur modèle global, confidentialité des modèles locaux les uns par rapport aux autres. L'analyse de la diagnosticabilité de tels systèmes distribués se fonde sur des opérations de synchronisation des modèles locaux, par les observations et les communications. D'abord, nous étudions comment optimiser cette analyse de la diagnosticabilité en faisant abstraction de l'information nécessaire et suffisante à partir des objets locaux pour décider la diagnosticabilité globale. L'efficacité de l'algorithme peut être grandement améliorée par la synchronisation des objets locaux et abstraits en comparaison avec celle des objets locaux et non abstraits.Ensuite, nous proposons, dans le cadre distribué, l'algorithme de la diagnosticabilité de motifs d'événements particuliers a priori inobservables dans les systèmes. Ces motifs peuvent être simplement l'occurrence, brutale ou graduelle, d'une faute permanente ou transitoire, plusieurs occurrences d'une faute, plusieurs fautes en cascade, etc. Dans le cadre distribué, la reconnaissance du motif d'événements s'effectue d'abord progressivement dans un sous-système et ensuite la diagnosticabilité de ce motif peut être déterminée par la méthode abstraite et distribuée. Nous prouvons la correction et l'efficacité de notre algorithme à la fois en théorie et en pratique par la mise en œuvre de l'implémentation sur des exemples.Finalement, nous étudions le problème de la diagnosticabilité dans les systèmes distribués avec composants autonomes, où l'information observable est distribuée au lieu d'être centralisée comme jusqu'alors. En d'autres termes, chaque composant ne peut appréhender que ses propres événements observables. Nous donnons la définition de la diagnosticabilité conjointe. Et puis nous discutons de l'indécidabilité de diagnosticabilité conjointe dans le cas général, c'est à dire, les événements de communication ne sont pas observables, avant de proposer un algorithme pour tester sa condition suffisante. De plus, nous obtenons également un résultat de décidabilité et de l'algorithme lorsque les communications sont observables.

L'efficacité de la maintenance des systèmes industriels est un enjeu économique majeur pour leur exploitation commerciale. Les principales difficultés et sources d'inefficacité résident dans le choix des actions de maintenance. Un mauvais choix peut mener à une maintenance non satisfaisante et un surcoût dû à l'indisponibilité du système. Cette thèse propose une architecture générique de supervision pour aider à la prise de décisions d'actions de maintenance pour un système complexe. Cette architecture intègre des capacités de diagnostic et de pronostic permettant de connaître l'état actuel et l'état futur du système. La fonction de diagnostic détermine les composants en faute à l'origine des défaillances. La fonction de pronostic calcule la durée avant la prochaine défaillance du système. Nous présentons un cadre de modélisation générique formel pour un système complexe qui capture l'ensemble des connaissances nécessaires aux fonctions de diagnostic et de pronostic. Il permet de caractériser un couplage diagnostic/pronostic original. Une fonction générique et adaptative de pronostic est définie à l'aide d'un modèle de Weibull afin d'évaluer de façon probabiliste la durée de vie résiduelle du système. Des critères de performance pour l'architecture de supervision proposée reposant sur des propriétés du diagnostic et du pronostic sont caractérisés. Une méthodologie de retour sur conception est proposée dans le but d'assurer la performance de la fonction de diagnostic en garantissant la diagnosticabilité du système. L'application de ce travail de recherche aux systèmes aéronautiques s'inscrit dans le cadre du projet ARCHISTIC en collaboration avec Airbus et l'ENIT.

Le problème du diagnostic de défaillance à base de modèle dans les systèmes complexes a reçu un intérêt croissant durant les dernières décennies. Ce problème doit être pris en compte dès la phase de conception du système, au moyen de l'analyse de la diagnosticabilité. La diagnosticabilité est la capacité d'un système à exhiber des symptômes différents pour un ensemble de situations de défaillances anticipées. Plusieurs approches ont été développées basées sur différents formalismes de modélisation, toutefois les raisonnements menant à la diagnosticabilité sont très semblables dans toutes ces approches. Cette thèse développe une comparaison des approches existantes et établit une définition unifiée de la diagnosticabilité. Une nouvelle approche pour l'analyse de diagnosticabilité, basée sur les modes de faute partiels, est décrite. Elle est implémentée dans le contexte des architectures orientées services, plus précisément sur des web service, et bénéficia du cadre du projet européen WS-DIAMOND. Une nouvelle généralisation de la définition de la diagnosticabilité à n'importe quel ensemble d'état est présentée, qui permet de prendre en compte de nouveaux types de propriétés, comme les préconditions de réparation, ou la qualité de service. Ces travaux ouvrent des perspectives pour le raisonnement de diagnosticabilité indépendant du modèle, pour la diagnosticabilité basée sur d'autres types de modèles, ainsi que pour l'intégration du diagnostic dans un outil de surveillance plus général. Le diagnostic et l'analyse de diagnosticabilité des systèmes logiciels est encore un domaine jeune, et ouvre de nombreuses connections avec le domaine de la sécurité informatique.

Un système technologique piloté est constitué d'une variété de composants interagissant ensemble et combinant de multiples phénomènes physiques. Ces composants, subissant un stress en fonctionnement, finissent par être affectés par des défauts pouvant avoir de graves conséquences pour l'intégrité du système lui-même ou son environnement. Ces défauts sont généralement répertoriés par des techniques de sureté de fonctionnement et classés par ordre de criticité.Une solution, pour réduire les sinistres consécutifs à la survenue d'un défaut critique, est de mettre en place un diagnostiqueur embarqué capable, dans un délai bref, de détecter cette survenue puis d'identifier le défaut, en vue de placer le système dans un mode de fonctionnement plus sûr. Il apparaît alors impératif, durant la conception du diagnostiqueur, d'étudier la diagnosticabilité des défauts, étude consistant à s'assurer que le diagnostiqueur sera toujours capable de détecter et d'identifier sans ambiguïté les défauts préalablement répertoriés.Cette thèse établit une chaîne complète de développement d'un diagnostiqueur embarqué pour les systèmes technologiques pilotés. Y sont décrites, dans un cadre théorique unifié et cohérent basé sur l'utilisation de modèles homogènes, toutes les étapes depuis la conception jusqu'à la réalisation du diagnostiqueur : représentation comportementale du système et modélisation des défauts, étude de la diagnosticabilité de ces défauts, puis génération du diagnostiqueur lui-même. Le lien rigoureux établi entre l'étude de la diagnosticabilité et la génération du diagnostiqueur, qui fonde la correction et la cohérence de l'approche, constitue un aspect saillant et original de ces travaux.Cette thèse résulte d'un projet collaboratif réunissant l'entreprise Sherpa Engineering, le Laboratoire de Recherche en Informatique (LRI) unité mixte de recherche de l'Université Paris-Sud et du CNRS et enfin le Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Embarqués (LISE) du CEA LIST.

Un système technologique piloté est constitué d'une variété de composants interagissant ensemble et combinant de multiples phénomènes physiques. Le stress subit par ces composants finit par engendrer des défauts (casse, usure, perforation, blocage) pouvant avoir de graves conséquences pour l'intégrité du système lui-même ou pour son environnement. Une solution, pour réduire les conséquences de tels défauts, est de mettre en place un outil embarqué de diagnostic qui permette de les détecter et les identifier rapidement et précisément pour, par exemple, placer le système dans un mode de fonctionnement approprié (mode dégradé, arrêt complet, etc.). À cette fin il apparaît alors comme impératif, lors de la phase de conception d'un tel outil de diagnostic, d'étudier la diagnosticabilité des défauts, étude qui consiste à s'assurer que l'outil sera toujours capable de diagnostiquer sans ambiguïté un défaut préalablement répertorié. Cette thèse présente une chaîne de conception outillée d'un tel outil de diagnostic appliquée à ce type de systèmes. Nous l'avons élaborée de manière complète en incluant l'ensemble des étapes nécessaires et suffisantes à la conception : les étapes préalables de représentation du système et des défauts potentiels, puis l'étude de la diagnosticabilité des défauts ainsi que la génération de l'outil associé à cette étude. L'élaboration d'un cadre théorique unifié, utilisé durant toutes les étapes de la chaîne, nous a par ailleurs permis de la garantir cohérente. Cette cohérence est de plus renforcée par le lien rigoureusement établi entre une étude de diagnosticabilité et la génération du diagnostiqueur associé. Cette thèse est le résultat d'un projet commun entre l'entreprise Sherpa Engineering ainsi que les laboratoires LRI de l'université Paris-Sud et du CNRS et LISE du CEA/LIST de Saclay.

Aujourd'hui, les systèmes embarqués sont de plus en plus utilisés pour contrôler les systèmes complexes. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons aux systèmes embarqués critiques utilisés pour la commande de systèmes de transport comme les systèmes ferroviaires. Le but de ce travail est de permettre la conception de systèmes tolérants aux fautes pour le contrôle-commande des systèmes de transport. Nous proposons une nouvelle approche de modélisation des systèmes embarqués temporisés pour le diagnostic de leurs fautes. Elle est basée sur une décomposition structurelle du système et sur une extension de la diagnosticabilité modulaire au contexte des systèmes temporisés. On distingue deux approches de base pour le diagnostic de fautes des SED, une approche basée sur les diagnostiqueurs et une approche basée sur les signatures temporelles causales (STC). La principale limite de l'approche diagnostiqueur réside dans la gestion de l'explosion combinatoire. Dans ce travail, notre verrou principal est de combattre cette limite. Nous proposons une nouvelle méthode basée sur l'ingénierie par les modèles pour le diagnostic des systèmes embarqués critiques. D'autre part, la limite majeure de l'approche STC est la garantie de la cohérence d'une base de STC. Un deuxième niveau de difficulté réside dans l'interprétation des événements en entrée du système de diagnostic dans le cadre de l'hypothèse de défaillances multiples. Dans ce travail, nous proposons deux méthodes différentes pour la vérification de la cohérence d'une base de STC et nous proposons un algorithme d'interprétation basé sur le concept de monde qui garantit la correction du diagnostic

Les systèmes avioniques s'étoffent et se complexifient de plus en plus. Avec l'augmentation des capacités de calcul, de nouvelles architectures basées sur le partage de ressources émergent. Effectuer le diagnostic d'un système n'est désormais plus une opération anodine. L'enjeu actuel est donc de mettre en place des techniques de diagnostic performantes tout en optimisant les capacités de monitoring nécessaires.Ce mémoire donne une caractérisation basée modèle d'un système sous diagnostic, puis propose des techniques pour en évaluer les performances de diagnostic, ainsi que celles de son monitoring (relativement à ces performances). Le contexte industriel dans lequel s'inscrit cette thèse amène d'autres contraintes, notamment la prise en compte de la taille des systèmes avioniques à analyser. Cette thèse étudie alors l'applicabilité des techniques introduites dans ce contexte et en propose une adaptation.

Depuis plusieurs années, de nombreuses recherches ont été menées autour du diagnostic. Cependant, il est impératif de se préoccuper dès la phase de conception d’un système des objectifs de diagnostic à atteindre. Aussi, de nombreux travaux se sont intéressés à analyser et à caractériser les propriétés de la diagnosticabilité d’un système. La diagnosticabilité est la propriété d’un système garantissant qu’il génère des observations permettant de détecter et discriminer les fautes en temps fini après leur occurrence.Le sujet de cette thèse porte sur les méthodes permettant d’établir les propriétés de la diagnosticabilité des systèmes à événements discrets dans le cadre distribué, sans construction du modèle global du système. Ce cadre est de première importance pour les applications réelles : systèmes naturellement distribués, systèmes trop complexes pour traiter leur modèle global, confidentialité des modèles locaux les uns par rapport aux autres. L’analyse de la diagnosticabilité de tels systèmes distribués se fonde sur des opérations de synchronisation des modèles locaux, par les observations et les communications. D’abord, nous étudions comment optimiser cette analyse de la diagnosticabilité en faisant abstraction de l’information nécessaire et suffisante à partir des objets locaux pour décider la diagnosticabilité globale. L'efficacité de l’algorithme peut être grandement améliorée par la synchronisation des objets locaux et abstraits en comparaison avec celle des objets locaux et non abstraits.Ensuite, nous proposons, dans le cadre distribué, l'algorithme de la diagnosticabilité de motifs d'événements particuliers a priori inobservables dans les systèmes. Ces motifs peuvent être simplement l’occurrence, brutale ou graduelle, d’une faute permanente ou transitoire, plusieurs occurrences d’une faute, plusieurs fautes en cascade, etc. Dans le cadre distribué, la reconnaissance du motif d’événements s’effectue d’abord progressivement dans un sous-système et ensuite la diagnosticabilité de ce motif peut être déterminée par la méthode abstraite et distribuée. Nous prouvons la correction et l'efficacité de notre algorithme à la fois en théorie et en pratique par la mise en œuvre de l’implémentation sur des exemples.Finalement, nous étudions le problème de la diagnosticabilité dans les systèmes distribués avec composants autonomes, où l’information observable est distribuée au lieu d’être centralisée comme jusqu’alors. En d'autres termes, chaque composant ne peut appréhender que ses propres événements observables. Nous donnons la définition de la diagnosticabilité conjointe. Et puis nous discutons de l'indécidabilité de diagnosticabilité conjointe dans le cas général, c'est à dire, les événements de communication ne sont pas observables, avant de proposer un algorithme pour tester sa condition suffisante. De plus, nous obtenons également un résultat de décidabilité et de l'algorithme lorsque les communications sont observables. / Over the latest decades, much research work has been done on automatic fault diagnosis. However, it is imperative to analyze at system design stage how correctness and efficiency and diagnosis algorithm can achieve. Thus many studies were interested in analyzing and characterizing the properties of diagnosability of a system. Diagnosability is the property of a system ensuring that it generates observations for detecting and discriminating faults in finite time after their occurrence.In this thesis, we investigate how to optimize distributed diagnosability analysis by abstracting necessary and sufficient information from local objects to decide global diagnosability decision. The algorithm efficiency can be greatly improved by synchronization of abstracted local objects compared to that of non abstracted local ones.Then we extend the distributed diagnosability algorithm from fault event first to simple pattern and then to general pattern, where pattern can describe more general objects in the diagnosis problem, e.g., multiple faults, multiple occurrences of the same fault, ordered occurrences of significant events, etc. In the distributed framework, the pattern recognition is first incrementally performed normally in a subsystem and then pattern diagnosability can be determined by adjusting abstracted method used in fault event case. We prove the correctness and efficiency of our proposed algorithm both in theory through proof and in practice through implementation.Finally we study joint diagnosability problem in systems with autonomous components, i.e., observable information is distributed instead of centralized. In other words, each component can only observe its own observable events. We give joint diagnosability definition. And then we discuss the undecidability of joint diagnosability in the general case, i.e., communication events are not observable, before proposing an algorithm to test its sufficient condition. In addition, we also get a decidability result and algorithm when communications are observable.

Un système technologique piloté est constitué d’une variété de composants interagissant ensemble et combinant de multiples phénomènes physiques. Ces composants, subissant un stress en fonctionnement, finissent par être affectés par des défauts pouvant avoir de graves conséquences pour l’intégrité du système lui-même ou son environnement. Ces défauts sont généralement répertoriés par des techniques de sureté de fonctionnement et classés par ordre de criticité.Une solution, pour réduire les sinistres consécutifs à la survenue d’un défaut critique, est de mettre en place un diagnostiqueur embarqué capable, dans un délai bref, de détecter cette survenue puis d’identifier le défaut, en vue de placer le système dans un mode de fonctionnement plus sûr. Il apparaît alors impératif, durant la conception du diagnostiqueur, d’étudier la diagnosticabilité des défauts, étude consistant à s’assurer que le diagnostiqueur sera toujours capable de détecter et d’identifier sans ambiguïté les défauts préalablement répertoriés.Cette thèse établit une chaîne complète de développement d’un diagnostiqueur embarqué pour les systèmes technologiques pilotés. Y sont décrites, dans un cadre théorique unifié et cohérent basé sur l’utilisation de modèles homogènes, toutes les étapes depuis la conception jusqu’à la réalisation du diagnostiqueur : représentation comportementale du système et modélisation des défauts, étude de la diagnosticabilité de ces défauts, puis génération du diagnostiqueur lui-même. Le lien rigoureux établi entre l’étude de la diagnosticabilité et la génération du diagnostiqueur, qui fonde la correction et la cohérence de l’approche, constitue un aspect saillant et original de ces travaux.Cette thèse résulte d’un projet collaboratif réunissant l’entreprise Sherpa Engineering, le Laboratoire de Recherche en Informatique (LRI) unité mixte de recherche de l'Université Paris-Sud et du CNRS et enfin le Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Embarqués (LISE) du CEA LIST. / A technological system is constituted with many components interacting with each other and combining multiple physical phenomena. Those components may be affected by faults resulting in serious damage to the system integrity or its environment. Those faults are generally listed by using safety analysis methodology and classified according to their severity level.A solution for reducing damages resulting from the occurrence of a critical fault is to embed a diagnosis system, which can quickly detect its occurrence and identifying the fault, this in order to put the system in the appropriate safety mode. Therefore the design process of this diagnosis system must include a diagnosability study of faults. It consists in checking that the diagnosis system will always be able to detect and identify any of the listed faults without ambiguity.This thesis introduces a complete tool-chain to develop a diagnosis system for technological systems. By using a unified theoretic and coherent framework relying on homogeneous models, all steps from the conception to the construction of the diagnosis system are described: behavioral representation of the system and faults modeling, diagnosability study of faults, generation of the diagnosis system. The rigorous link established between the diagnosability study and the associated diagnosis system generation, which ensures the coherence and correction of this approach, constitutes a salient and original aspect of this work.This thesis results from a collaborative project between the company Sherpa Engineering, the Laboratory for Computer Science (LRI) at Université Paris-Sud, joint with CNRS, and the Laboratory of Model driven engineering for embedded systems (LISE) from the CEA/LIST.

Cette thèse porte sur le diagnostic des systèmes à événements discrets modélisés par des Réseaux de Petri labellisés (RdP-L). Les problèmes de diagnostic monolithique et de diagnostic modulaire sont abordés. Des contributions sont proposées pour résoudre les problèmes d'explosion combinatoire et de complexité de calcul. Dans le cadre de l'analyse de la diagnosticabilité monolithique, certaines règles de réduction sont proposées comme un complément pour la plupart des techniques existantes de l'analyse de la diagnosticabilité, qui simplifient le modèle RdP-L tout en préservant sa propriété de diagnosticabilité. Pour un RdP-L sauf et vivant, une nouvelle condition suffisante pour la diagnosticabilité est proposée. Pour un RdR-L borné et non bloquant après l'occurrence d'une faute, l'analyse à-la-volée est améliorée en utilisant la notion d'explications minimales qui permettent de compacter l'espace d'état ; et en utilisant des T-semiflots pour trouver rapidement un cycle indéterminé. Une analyse à-la-volée utilisant Verifier Nets (VN) est proposée pour analyser à la fois les RdP-L bornés et non-bornés, ce qui permet d'obtenir un compromis entre efficacité du calcul et limitation des explosions combinatoires. Dans le cadre de l'analyse de la diagnosticabilité modulaire, une nouvelle approche est proposée pour les RdP-Ls décomposés. Les règles de réduction, qui préservent la propriété de la diagnosticabilité modulaire, sont appliquées pour simplifier le modèle initial. La diagnosticabilité locale est analysée en construisant le VN et le Graphe d'Accessibilité Modifié (MAG) du modèle local. La diagnosticabilité modulaire est vérifiée en construisant la composition parallèle du MAG et des graphes d'accessibilités d'autres modules du système. La complexité de calcul est inférieure à celles des autre approches dans la littérature. D'autre part, l'explosion combinatoire est également réduite en utilisant la technique de ε-réduction / This thesis deals with fault diagnosis of discrete event systems modeled by labeled Petri nets (LPN). The monolithic diagnosability and modular diagnosability issues are addressed. The contributions are proposed to reduce the combinatorial explosion and the computational complexity problems. Regarding monolithic diagnosability analysis, some reduction rules are proposed as a complement for most diagnosability techniques, which simplify the LPN model and preserve the diagnosability property. For a safe and live LPN, a new sufficient condition for diagnosability is proposed. For a bounded LPN that does not deadlock after a fault, the on-the-fly diagnosability analysis is improved by using minimal explanations to compact the state space; and by using T-invariants, to find quickly an indeterminate cycle. An on-the-fly diagnosability analysis using Verifier Nets (VN) is proposed to analyze both bounded and unbounded LPN, which achieves a compromise between computation efficiency and combinatorial explosion limitation. Regarding modular diagnosability analysis, a new approach is proposed for decomposed LPNs model. Reduction rules, that preserve the modular diagnosability property, are applied to simplify the model. The local diagnosability is analyzed by building the VN and the Modified Reachability Graph (MRG) of the local model. The modular diagnosability is verified by building the parallel composition of the MRG and the reachability graphs of other modules of the system. We prove in this study that the computational complexity of our approach is lower than existing approaches of literature. The combinatorial explosion is also reduced by using the ε -reduction technique.