L’objectif principal de l’ingénierie des systèmes est la création d’un ensemblede produits et des services de haute qualité qui permettent l’accomplissement de tâchespour répondre aux besoins des clients. Un projet typique d’ingénierie des systèmes peutêtre divisé en trois phases : la définition, le développement et le déploiement. La phasede définition comprend les activités de capture des exigences et de leur raffinement. Àla fin de la phase de définition du système, nous avons toutes les exigences fonctionnelleset non-fonctionnelles du système. L’un des résultats de la phase de développement est lemodèle de travail initiale du système. La phase de déploiement se compose des activitésliées à (1) l’évaluation opérationnelle du système, à (2) l’utilisation du système et à (3) sonentretien. Dans un cycle de vie du projet, il y a de nombreuses questions qui doivent êtretraitées au cours des différentes phases pour finalement livrer un produit.Nous avons proposé une solution aux problèmes liés à l’ingénierie des exigences et auxtechniques de la détection, de la gestion et de la résolution des conflits entre les partiesprenantes. Cette thèse est basée sur les dernières avancées dans les pratiques industrielleset de recherche dans le domaine de l’ingénierie de conception du système.L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une méthodologie de conception novatriceet globale en tenant compte de l’environnement multidisciplinaire et de multiplesintervenants. Nous avons proposé un langage de modélisation des exigences basé sur lestechniques GORE. Nous avons proposé quelques outils pour réduire l’ambiguïté des exigencestels l’utilisation de phrases négatives et de tests á l’aide de négation lorsqu’il s’agitde traiter certaines exigences difficiles à comprendre avec les techniques classiques. Nousavons également proposé des techniques de gestion des exigences pour mieux assurer leurtraçabilité. Concernant la résolution des conflits, nous avons proposé des techniques depondération des critères au cours des différentes étapes du cycle de vie. En utilisant lamême technique de pondération de critères, une méthode de décision multicritères et multiparticipants est proposée pour divers problèmes de décision survenant pendant le cycle devie du projet d’ingénierie systèmes.Enfin, une approche globale de l’ingénierie des systèmes est proposée pour intégrertoutes les contributions faites précédemment et est illustrée sur une étude de cas concernantun projet réel avec la présentation dŠun outil SysEngLab que nous avons développé pourmettre en oeuvre la majorité des méthodes et des techniques proposées au cours de thèse / The primary goal of the systems engineering is the creation of a setof high quality products and services that enable the accomplishment of desiredtasks and needs of the clients or user groups. A typical systems engineering projectcan be divided in to three phases: definition, development, and deployment. Thedefinition phase involves the activities of requirement elicitation and refinement.By the end of system definition phase, we have all the system functional and nonfunctionalrequirements. One of the results of development phase is initial workingmodel of the system. The deployment phase consists of activities of operationalimplementation, operational testing and evaluation, and operational functioning andmaintenance. In a project life cycle there are numerous issues to be sorted out duringthe various phases to finally deliver a successful product. We proposed solution tothe problems of requirements engineering & management, design conflict detection,and stakeholders conflict resolution. This thesis is based on the recent advances inindustrial practices and research in the field of system design engineering.The objective of this thesis work is to propose an innovative and holistic conceptionmethodology taking into account the multidisciplinary environment and multiplestakeholders. We have proposed a requirements modeling language based on theGORE techniques. We have proposed a few of tools for reducing the ambiguity ofrequirements such as: using negation and test cases using negation for contractingdifficult requirements. Requirement management techniques are proposed to providebetter requirements traceability and aid for other systems engineering activities.Few guidelines have been designed to guide the design of traceability policies. Criteriaweighting technique has been designed to better carry out the conflict resolutions,during the various life cycle stages. Using the same criteria weighting technique aflexible multi criteria multi participant decision methodology is proposed for variousdecision problems arising during the life cycle of systems engineering project.Finally, a comprehensive prescriptive systems engineering approach is proposedusing all the previously made contributions and an illustrative case study of a realongoing project is presented developed using the supporting tool SysEngLab, whichimplements majority of the methods and techniques proposed during thesis

L'intégration de diverses technologies, notamment celles de l'informatique et l'électronique, fait que les systèmes conçus de nos jours sont de plus en plus complexes. Ils ont des comportements plus élaborés et plus difficiles à prévoir, ont un nombre de constituants en interaction plus important et/ou réalisent des fonctions de plus haut niveau. Parallèlement à cette complexification des systèmes, la compétitivité du marché mondial impose aux développeurs de systèmes des contraintes de coût et de délais de plus en plus strictes. La même course s'opère concernant la qualité des systèmes, notamment lorsque ceuxci mettent en jeu un risque en vies humaines ou un risque financier important. Ainsi, les développeurs sont contraints d'adopter une approche de conception rigoureuse pour répondre aux exigences du système souhaité et satisfaire les diverses contraintes (coût, délais, qualité, sûreté de fonctionnement,...). Plusieurs démarches méthodologiques visant à guider la conception de système sont définies par l'intermédiaire de normes d'Ingénierie Système. Notre travail s'appuie sur la norme EIA-632, qui est largement employée, en particulier dans les domaines aéronautique et militaire. Il consiste à améliorer les processus d'ingénierie système décrits par l'EIA-632, afin d'intégrer une prise en compte globale et explicite de la sûreté de fonctionnement. En effet, jusqu'à présent la sûreté de fonctionnement était obtenue par la réutilisation de modèles génériques après avoir étudié et développé chaque fonction indépendamment. Il n'y avait donc pas de prise en compte spécifique des risques liés à l'intégration de plusieurs technologies. Pour cette raison, nous proposons de nous intéresser aux exigences de Sûreté de Fonctionnement au niveau global et le plus tôt possible dans la phase de développement, pour ensuite les décliner aux niveaux inférieurs, ceci en s'appuyant sur les processus de la norme EIA-632 que nous étoffons. Nous proposons également une méthode originale de déclinaison d'exigences de sûreté de fonctionnement à base d'arbres de défaillances et d'AMDEC, ainsi qu'un modèle d'information basé sur SysML pour appuyer notre approche. Un exemple issu du monde aéronautique permet d'illustrer nos propositions.

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans une problématique d'aide à la conception de systèmes, à la planification de leur projet de développement et à leur couplage. L'aide à la conception et à la planification repose sur la formalisation de deux grands types de connaissances : les connaissances méthodologiques utilisables quel que soit le projet de conception et, les connaissances métier spécifiques à un type de conception et/ou de planification donné. Le premier chapitre de la thèse propose un état de l'art concernant les travaux sur le couplage des processus de conception de systèmes et de planification des projets associés et expose la problématique de nos travaux. Deux partie traitent ensuite, d'une part, des connaissances méthodologiques et, d'autre part, des connaissances métier. La première partie expose trois types de couplages méthodologiques. Le couplage structurel propose de formaliser les entités de conception et de planification puis permet leur création et leur association. Le couplage informationnel définit les attributs de faisabilité et de vérification pour ces entités et synchronise les états de ces dernières vis-à-vis de ces attributs. Enfin, le couplage décisionnel consiste à proposer, dans un même espace et sous forme de tableau de bord, les informations nécessaires et suffisantes à la prise de décision par les acteurs du projet de conception. La seconde partie propose de formaliser, d'exploiter et de capitaliser la connaissance métier. Après avoir formalisé ces connaissances sous forme d'une ontologie de concepts, deux mécanismes sont exploités : un mécanisme de réutilisation de cas permettant de réutiliser, en les adaptant, les projets de conception passés et un mécanisme de propagation de contraintes permettant de propager des décisions de la conception vers la planification et réciproquement. / The work presented in this thesis deals with aiding system design, development project planning and its coupling. Aiding design and planning is based on the formalization of two kind of knowledge: methodological knowledge that can be used in all kind of design projects and business knowledge that are dedicated to a particular kind of design and/or planning. The first chapter presents a state of the art about coupling system design process and project planning process and gives the problem of our work. Then, two parts deal with design and planning coupling thanks to, on one hand, methodological knowledge, and on the other hand, business knowledge. The first part presents three types of methodological coupling. The structural coupling defines design and planning entities and permits its simultaneous creation of and its association. The informational coupling defines feasibility and verification attributes for these entities and synchronizes its attribute states. Finally, the decisional coupling consists in proposing, in a single dashboard, the necessary and sufficient information to make a decision by the design project actors. The second part proposes to formalize, to exploit and to capitalize business knowledge. This knowledge is formalized with ontology of concepts. Then, two mechanisms are exploited: a case reuse mechanism that permits to reuse and adapt former design projects and a constraint propagation mechanism that allows propagating decisions from design to planning and reciprocally.

L'interopérabilité entre les systèmes a été identifiée comme un problème majeur auquel sont confrontées les entreprises lorsqu’ils ont le besoin de collaborer avec d'autres organisations et de participer au sein d’un réseau d’entreprises. Pour atteindre une qualité d'interopérabilité supérieure et garantir une collaboration efficace, un certain nombre d'Exigences d'Interopérabilité (EI) doivent être satisfaites. Ainsi, l'interopérabilité doit être vérifiée et continuellement améliorée. L’Analyse de l’Interopérabilité (ANIN) est une manière de vérifier l’interopérabilité des systèmes. Cependant, en général, la notion « d’exigence » est implicite et présentée sous forme de critères d'évaluation dans les approches ANIN. Il a également été identifié que les interdépendances entre les EI ne sont pas explicitement définies. En effet, leurs interdépendances doivent être prises en compte car elles peuvent aider à identifier les impacts sur l'ensemble du système. De plus, la majorité des approches ANIN sont manuelles, ce qui est un processus laborieux et long qui dépend souvent des connaissances « subjectives » des experts. Dans ce contexte, cette recherche propose un Système d'Analyse de l'Interopérabilité basé sur la Connaissance (SAIC) pour soutenir la prise de décision au sein des entreprises en réseau. Une méthodologie « Design Science Research » (DSR) a été adoptée pour mener à bien la contribution proposée. Premièrement, une approche basée sur l’ingénierie des exigences a été adaptée pour obtenir des EI pertinentes, établir un lien entre les EI obtenues et les composantes du système concerné et définir les interdépendances entre les EI. Pour conceptualiser formellement les connaissances sur l’ANIN, en englobant l'ensemble des EI, les problèmes et solutions d'interopérabilité ainsi que leurs relations, nous avons proposé l’Ontologie de l'Analyse de l'Interopérabilité (OAI). Une approche d'Ingénierie Système basée sur des Modèles a été appliquée pour définir les concepts de l'ontologie. Un prototype du SAIC utilisant l'OAI comme modèle de connaissance a été développé sur une plate-forme Java. L'outil résultant peut exploiter les connaissances sur l'interopérabilité et les informations provenant de la situation actuelle des systèmes évalués pour identifier les problèmes et améliorations potentiels. La contribution proposée a été évaluée grâce à une étude de cas basée sur une véritable entreprise en réseau / Enterprise systems’ interoperability has been identified as a significant issue faced by enterprises, which need to collaborate with other companies and participate within Networked Enterprises. To achieve a higher quality of interoperability and ensure an effective collaboration, a certain number of Interoperability Requirements (IRs) should be satisfied. Thus, interoperability should be verified and continuously improved. A manner for verifying the enterprise systems’ interoperability is through the Interoperability Assessment (INAS). However, in general, the notion of “requirement” is implicit and presented as Interoperability Evaluation Criterion (IEC) in the INAS approaches. It also has been identified that the IEC interdependencies are not explicitly defined. Indeed, their interdependencies should be considered as they can support the identification of impacts on the overall system. Further, the majority of the INAS approaches are manual-conducted, which is a laborious and time-consuming process and in many times depends on the “subjective” knowledge of experts, which can be expensive in time and money when hiring external consultants. In this context, this research proposes a Knowledge-Based Interoperability Assessment System (KBIAS) for supporting decision-making within Networked Enterprises. A Design Science Research (DSR) methodology has been adopted for conducting the work. First, A Requirement Engineering (RE) approach has been adapted to elicit and define relevant IRs, which are father related with system’s components. Such IRs are used as IEC during the INAS process. To formally conceptualise the knowledge about the INAS (subsuming the set of IRs, interoperability problems and solutions), we proposed the Ontology of Interoperability Assessment (OIA). A Model-Based System Engineering approach has been applied for defining and organising the concepts of the proposed ontology. A prototype of the KBIAS using the OIA as its knowledge model has been developed in a Java platform. The developed tool can exploit the knowledge about interoperability issues and information from the as-is situation of the assessed systems for identifying potential problems and improvements. The contribution proposed in this research has been evaluated through a case study based on a real Networked Enterprise

La rationalisation des processus de développement de systèmes (tels qu'aéronefs, systèmes satellitaires, navires, véhicules automobiles, etc.) ne date pas d'aujourd'hui. Elle a cependant pris un cours nouveau avec la diffusion au début des années quatre vingt-dix d'un corps de connaissances appelé ingénierie des systèmes (systems engineering). Nombre d'entreprises concevant et réalisant des systèmes adoptent des processus d'ingénierie système (systems engineering processes) s'appuyant sur ce corpus de connaissances (SEBOK, systems engineering body of knowledge). Dans ce contexte, notre travail a consisté à: (A) mettre en évidence que la logique dominante de ce corpus est une logique instrumentale de mise en concordance de moyens par rapport à des fins, laquelle assure jusqu'à un certain point la répétabilité des résultats recherchés ; (B) montrer que le SEBOK présente deux lacunes qui sont causes d'incompréhensions entre parties prenantes : (1) il n'offre pas de théorie des systèmes techniques cohérente basée sur des concepts robustes mais agrége trop souvent des notions pas ou mal définies (comme celle d'exigence) et des propositions méthodologiques discutables (par exemple, celle selon laquelle l'analyse fonctionnelle constitue un des outils principaux pour la conception innovante de systèmes), (2) il ne propose pas non plus de dispositifs permettant d'assurer des processus d'entente entre parties prenantes, et de faire collectivement des choix de conception justifiés ; (C) proposer des élements cohérents d'une théorie des systèmes techniques et de leur développement (D) proposer un dispositif collectif de conception et de justification des choix de conception fondé sur les possibilités de l'argumentation ; (E) illustrer l'application d'une partie de nos propositions au cas de la conception innovante d'une chaîne de traction hybride pour véhicules particuliers.

Les systèmes industriels complexes sont des objets artificiels conçus par l'Homme, et constitués d'un grand nombre de composants hétérogènes (e.g. matériels, logiciels ou organisationnels) collaborant pour accomplir une mission globale. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation du comportement fonctionnel de tels systèmes, ainsi qu'à leur intégration. Nous modéliserons donc les systèmes réels par le biais d'une approche de boîte noire fonctionnelle avec un état interne, dont la structure et le comportement fonctionnel peuvent être obtenus par l'intégration récursive de composants élémentaires hétérogènes.

Devant l’augmentation de la part des énergies renouvelables en France, cette thèse propose d’étudier l’augmentation de la flexibilité des réacteurs à eau pressurisée en croisant deux disciplines pour, chacune, atteindre des objectifs complémentaires : l’Ingénierie Système (IS) et l’Automatique.Dans le contexte de l’ingénierie de systèmes complexes et du Model Based Systems Engineering, ce travail propose dans un premier temps une méthode de conception se fondant sur les principes normatifs de l’IS et respectant les habitudes et les pratiques courantes en ingénierie de Framatome. Cette méthode a pour vocation de formaliser et assurer le passage des exigences aux architectures et d’améliorer les capacités de vérification des modèles développés lors de la conception. Elle s’organise autour de langages de modélisation interopérables, couvrant l’ensemble des processus promus par l’IS. La méthode proposée est appliquée sur le système dont les performances sont les plus limitantes dans le contexte de l’augmentation de flexibilité : le Core Control. Ce composant algorithmique du réacteur assure le contrôle des paramètres de fonctionnement du cœur : la température moyenne, la distribution axiale de puissance et la position des groupes de grappes.La thèse propose ensuite des contributions techniques relevant du champ de l’Automatique. Il s’agit de concevoir un système de régulation répondant aux exigences issues de la formalisation IS évoquée ci-dessus. La solution proposée repose sur une stratégie de commande hiérarchisée, utilisant la complémentarité des approches dites de commande multi-objectif, de séquencement de gains et enfin de commande prédictive. Un modèle de réacteur nucléaire simplifié innovant est développé à des fins de conception du système de régulation et de simulations intermédiaires. Les résultats obtenus ont montré les capacités d’adaptation de la démarche proposée à des spécifications diverses. Les performances atteintes sont très encourageantes lorsque évaluées en simulation à partir d’un modèle réaliste et comparées à celles obtenues par les modes de pilotages classiques. / In the event of increasing renewable energies in France, this thesis proposes to study the flexibility increase of pressurized water reactors (PWR) throughout two different engineering disciplines aiming at complementary objectives: Systems Engineering (SE) and Control theory.In a first phase, within the frame of complex systems design and Model Based Systems Engineering, this work proposes a SE method based on SE standard principles and compliant with Framatome’s practices and addressing the revealed issues. This SE contribution is twofold: formalize and ensure the path from requirements to system architectures and enhance the capabilities of models verification. The method revolves around interoperable modeling languages, covering the SE processes: from requirement engineering to system architecture design. The method is applied to the system, which performances are the most limiting in the context of flexibility increase: the Core Control. This algorithmic reactor component ensures the control of: the average coolant temperature, the axial offset and the rod bank position, three of the core main functioning parameters.In order to provide a technical contribution relying on some advanced control methodologies. It consists in designing a control system meeting the requirements defined by the SE method application. The proposed solution is in a two-layer control strategy using the synergies of multi-objective control, gain-scheduling and predictive control strategies. A simplified innovative nuclear reactor model is employed to conceive the control algorithm, simulate and verify the developed models. The results obtained from this original approach showed the ability to adapt to various specifications. Compared to conventional core control modes, the simulation results showed very promising performances, while meeting the requirements, when evaluated on a realistic reactor model.

L’analyse de compromis d’un modèle système a pour but de minimiser ou de maximiser différents objectifs tels que le coût ou les performances. Les méthodes actuelles de type OOSEM avec SysML ou ARCADIA sont basées sur la classification ; il s’agit de définir les différentes variantes de l’architecture d’un système de base puis d’analyser ces variantes. Dans ces approches, les choix d’architecture sont contraints : la plateforme d’exécution et la topologie sont déjà figées. Nous proposons la notion de « points de décision » pour modéliser les différents choix du système, en utilisant de nouveaux stéréotypes. L’avantage est d’avoir une modélisation plus « compacte » des différentes variantes et de piloter l’exploration des variantes en utilisant des contraintes. Lorsque le concepteur définit l’architecture du système, des points de décisions sont insérés dans le modèle du système. Ils permettent de modéliser la redondance ou le choix d’une instance pour un composant, les variations des attributs d’un composant, ou l’allocation des activités sur les blocs. Les fonctions objectifs sont définies dans un contexte d’optimisation à l’aide du diagramme paramétrique de SysML. Nous proposons des transformations du modèle SysML vers un problème de satisfaction de contraintes pour l’optimisation (CSMOP) dont la résolution nous permet d’obtenir l’ensemble des architectures optimales. Cette transformation est implantée dans un démonstrateur (plug-in Eclipse) permettant une utilisation conjointe de l’outil Papyrus et de solveurs, disponibles sous forme de logiciels libres. La méthode est illustrée avec des cas d’étude constitués d’une caméra stéréoscopique puis d’un drone, l’ensemble étant modélisé avec Papyrus. / Finding the set of optimal architectures is an important challenge for the designer who uses the Model-Based System Engineering (MBSE). Design objectives such as cost, performance are often conflicting. Current methods (OOSEM with SysML or ARCADIA) are focused on the design and the analysis of a particular alternative of the system. In these methods, the topology and the execution platform are frozen before the optimization. To improve the optimization from MBSE, we propose a methodology combining SysML with the concept of “decision point”. An initial SysML model is complemented with “decisions points” to show up the different alternatives for component redundancy, instance selection and allocation. The constraints and objective functions are also added to the initial SysML model, with an optimiza-tion context and parametric diagram. Then a representation of a constraint satisfaction problem for optimization (CSMOP) is generated with an algorithm and solved with an existing solver. A demonstrator implements this transformation in an Eclipse plug-in, combining the Papyrus open-source tool and CSP solvers. Two case studies illustrate the methodology: a stereoscopic camera sensor module and a mission controller for an Unmanned Aerial Vehi-cle (UAV).

La notion de ‘système’ est omni présente dans nos conceptualisations du Réel et dans l’élaboration de nos projets. L’incapacité de lui conférer pourtant une définition généralement et scientifiquement acceptable questionne les traits les plus profonds de la conceptualisation classique, ceux qui fondent les langages courants, les grammaires et la logique classique. Ces traits sont rigidement liés à la croyance que ce que nous connaissons est ce qui existe ‘vraiment’, tel que nous le connaissons. Or cette croyance est démentie par la microphysique où il apparaît que nous engendrons nos connaissances de fond en comble, aussi bien les ‘entités’ que nous examinons, que les qualifications de celles-ci. La Méthode de Conceptualisation Relativisée (MCR) de M. Mugur-Schächter établit que ces processus d’engendrement sont soumis à des relativisations dont l’explicitation précise les significations et permet de maîtriser les finalités. Il est frappant de percevoir à quel point MCR dissout les ambiguïtés intrinsèques à la notion de système. Mais cette mise au clair implique au préalable la mise en évidence des relativisations qui agissent dans la genèse conceptuelle-factuelle des notions fondamentales de persistance, de continuité, d’état et de causalité. Elle entraine la redéfinition relativisée des concepts de loi de probabilité, d’entropie et de complexité. Le résultat est dénommé Systémique Relativisée (SR). Il possède le caractère d’un infra-cadre méthodologique au développement de méthodes technico-scientifiques spécifiquement adéquates à des domaines d’application particuliers, telle l’Ingénierie Système Relativisée, appliquée à la conception d’artefacts à buts utilitaires. / The idea of ‘system’ is pervasive in our descriptions and in our projects. The impossibility to come up with a generally and scientifically valid definition of this idea touches the most profound features of the classical conceptualization, those that underlie the current languages, the grammars and the classical logic. These features are rigidly tied with the belief that what we know is what ‘really’ exists, such as we know it. But this belief is refuted by microphysics, where it appears that that we create our knowledge entirely, as much the ‘entities’ that we examine as the qualifications of these entities. The Method of Relativized Conceptualisation of M. Mugur-Schächter establishes that the processes of creation of knowledge are subjected to relativizations, and that making them explicit clarifies the involved significances and permit to dominate the finalities. It is surprising to perceive to what a point the relativizations required by the method winds up the ambiguities commonly tied up to the idea of system. But such a clarification requires first to bring into light the relativizations acting in the conceptual-factual genesis of such basic concepts as persistence, continuity, state or causality. It brings about the relativized redefinitions of the concepts oflaw of probability, of entropy and of complexity. The global result is called Relativised Systemic (RS). It possesses the character of a methodological infra-frame for the design of technical-scientific constructivist methods, specifically appropriate for particular domains of application, such as the Relativised System Engineering method (RSE), dedicated to the design of utilitarian artefacts.

L'organisation classique en silos disciplinaires des industries atteint ses limites pour maîtriser la complexité. Les problèmes sont découverts trop tard et le manque de communication entre les experts empêche l'émergence précoce de solutions. C'est pourquoi, il est urgent de fournir de nouvelles approches collaboratives et des moyens d' interactions entre les disciplines d'ingénierie, au début et tout au long du cycle de développement. Dans ce contexte, nous avons étudié l'approche synchronisation de modèles entre deux domaines d'ingénierie : la conception d'architecture de systèmes et la sûreté de fonctionnement. Elle a pour but de construire et maintenir la cohérence entre les modèles.Ces travaux proposent, étudient et analysent une démarche collaborative de synchronisation de modèles. Ils tiennent compte des contextes d’études, des processus, des méthodes appliqués et des points de vue produits par les ingénieurs. Les contributions répondent à des problématiques au niveau des pratiques, des concepts, de la mise en œuvre, des applications et l’implémentation de la synchronisation de modèles. / Classical organization in disciplinary silos in the industry reaches its limits to manage and control complexity. Problems are discovered too late and the lack of communication between experts prevents the early emergence of solutions. This is why it is urgent to provide new collaborative approaches and ways to exchange the models contents between various engineering fields, early and all along the development cycle. In this context, we are particularly interested in a synchronization approach of models between two engineering fields: system architecture design and dependability analysis.This work proposes a collaborative approach of synchronization of models. It takes into account the study contexts, applied processes, applied methods and viewpoint produced by engineers. Contributions address issues at levels of practices, concepts, implementation, applications and implementation of model synchronization.