Le laminage transversal est un procédé de mise en forme où un lopin cylindrique est déformé plastiquement en une pièce axisymétrique comportant des réductions de diamètre. Dans le processus de fabrication de bielles, le procédé est utilisé pour l’opération de répartition avant les opérations d’estampage. Par rapport au procédé de laminage à retour, il permet d’atteindre de meilleures mises au mille et de réduire les temps de cycle. L’industrialisation de ce procédé se heurte toutefois à des difficultés liées pour l’essentiel à la conception des outillages.Ces travaux de thèse visent à améliorer le processus d’industrialisation du laminage transversal par une réduction des temps de développement des outillages et par l’allongement de leur durée de vie. Pour cela, deux axes ont été identifiés. D’une part l’amélioration et la formalisation de la méthodologie de conception des outillages et d’autre part, l’identification et la caractérisation des phénomènes défauts se produisant à grand nombre de cycle et provocant l’arrêt de l’outillage.Ces travaux de thèse s’orientent au tour de trois axes majeurs. Premièrement, l’évaluation du potentiel prédictif de la simulation numérique du laminage transversal et sa robustesse vis-à-vis des paramètres numériques et du procédé. Deuxièmement, la mise en place d’un processus de conception d’outillage comportant d’un côté une méthodologie de conception permettant de définir les paramètres de l’outillage en s’appuyant d’un autre côté sur la simulation numérique du procédé. Troisièmement, l’identification et la caractérisation des zones d’usure et ses effets sur la pièce laminée / Cross wedge rolling (CWR) is a metal forming process used in the automotive industry. One of its applications is in the manufacturing process of connecting rods. CWR transforms a cylindrical billet into a complex axisymmetrical shape with an accurate distribution of material. This preform is forged into shape in a forging die. CWR industrialization has still some limitations, mainly the designing of the tools. This thesis work seeks to improve CWR industrialization by reducing the time needed for the design of the tools and by increasing CWR tool lifecycle. In order to achieve these goals, two main axes are identified: improving the tool design procedure and identifying the physical phenomenon affecting the stability of the process, mainly tool wear.This research work is based upon three main topics. First, evaluating of the predictability of the numerical simulation of the CWR process and its robustness towards the numerical parameters of the model and the process parameters. Second, implementing a design methodology that allows the designer to choose the geometrical parameters of the wedge and evaluating the resultant geometry of the tool through the numerical simulations. And third, identifying the wear zones of the tool and the factors leading to its development

En raison de la compétitivité dans le marché des produits chimiques et la demande croissante pour les produits de qualité, l'industrie et l'académie sont à la recherche de nouvelles méthodes pour la conception des produits chimiques. Par conséquent, cette étude propose une approche méthodologique pour faciliter la prise de décisions dans la conception de produits de type émulsion. Les caractéristiques de la méthodologie proposée sont les suivantes: elle propose des méthodes pour l’analyse des besoins de consommateurs, la génération d'idées pour la conception du produit et la sélection du meilleur produit, en prenant en compte la nature multi-variée du problème de conception avec l'intégration de la notion de durabilité dans le processus de conception. La méthodologie comporte trois étapes de conception: Étape de besoins, étape de génération d'idées et étape de sélection d'idées. Dans la première étape, les besoins sont analysés et classifiés en fonction de leur impact sur la satisfaction du client. Ensuite, ils sont traduits aux spécifications du produit avec l’aide des experts et des clients. Les informations de saisie correspondent aux besoins des clients et celles de sortie correspondent aux spécifications du produit, c'est-à-dire des caractéristiques du produit qui peuvent être évaluées. Également, deux méthodes sont utilisées: le modèle de kano et la méthode QFD (Déploiement des Fonctions Qualités). Dans la seconde étape, les produits répondant aux spécifications sont conçus en suivant une démarche en trois phases: 1) le problème de conception est divisé selon un groupe défini de sous-problèmes généraux. 2) Chaque sous-problème est connecté à un groupe de stratégies de solution selon une première matrice de décision prédéfinie. 3) Les stratégies de solution sont connectées avec des ingrédients et des conditions opératoires selon une deuxième matrice de décision. Cette démarche est faite en utilisant deux matrices de décision développées dans cette recherche sur la base de la connaissance de science d'émulsion, ainsi que sur des connaissances des experts. Dans la troisième étape, les alternatives de produit sont évaluées selon le cahier de spécifications définis dans la première étape et les indicateurs de durabilité appropriés. Ces indicateurs sont utilisés pour évaluer et classer les alternatives de produit selon un indice de développement durable global. Pour développer cette étape un ensemble d'indicateurs évaluant la dimension économique, environnementale et sociale de produits est choisi et ils sont intégrés par la mise en oeuvre d’une méthode d'analyse de multi-critère. Finalement, afin d’illustrer la méthodologie, une étude de cas est développée: la conception d'une crème hydratante / Emulsion based chemical products, which belong to the category of micro-structured chemical products, have a broad range of commercial applications. Despite their importance, there is not a general methodology for their design. With the aim to contribute to the progress on this matter, this research presents a product design methodology focused on emulsion design with the following characteristics: it proposes methods for customer needs analysis, product ideas generation and selection of the best product alternative. It considers the multivariate nature of emulsion design by taking into account the multiple effects of design variables into product properties. It integrates sustainability concepts into the product design process. The methodology comprises three design stages: needs stage, ideas generation stage and ideas selection stage. In the needs stage, customer needs are first analyzed and classified according to their effect on customer satisfaction and second translated into product specifications with the aid of experts and customers. The input is customer needs, i.e., statements expressing customers’ desires about the product, and the output corresponds to product specifications, i.e., product characteristics that can be measured. To perform this stage two methods are used: Kano model and Quality Functional Deployment. In ideas generation stage, product concepts accomplishing product specifications are generated in three sub-steps: First, problem specifications are classified into a predefined group of design sub-problems. Second, each sub-problem is connected with one or more pre-defined solution strategies through a prefilled relational matrix. Third, compatible solution strategies are selected and connected to ingredients and processing conditions through a second relational matrix. As result, a set of product concepts is generated. Thisprocedure is developed by the implementation of two relational matrices proposed in this research based on emulsion science and expert knowledge. The first connects sub-problems with solution strategies and the second connects solution strategies with ingredients and processing conditions. In the selection stage, generated product concepts are evaluated according to product specifications. In addition, appropriated sustainability indicators are included to assess and rank product alternatives according to a global sustainability index. To perform this stage, a set of indicators are selected and integrated by the implementation of multi-criteria analysis methods. The application of the methodology is exposed with a case study: the design of a moisturizing cream

Ce travail de thèse porte sur le développement d’une méthodologie efficace pour la conception analogique, des algorithmes et des outils correspondants qui peuvent être utilisés dans la conception dynamique de fonctions linéaires à temps continu. L’objectif principal est d’assurer que les performances pour un système complet peuvent être rapidement investiguées, mais avec une précision comparable aux évaluations au niveau transistor.Une première direction de recherche a impliqué le développement de la méthodologie de conception basée sur le processus d'optimisation automatique de cellules au niveau transistor et la synthèse de macro-modèles analogiques de haut niveau dans certains environnements comme Mathworks - Simulink, VHDL-AMS ou Verilog-A. Le processus d'extraction des macro-modèles se base sur un ensemble complet d'analyses (DC, AC, transitoire, paramétrique, Balance Harmonique) qui sont effectuées sur les schémas analogiques conçues à partir d’une technologie spécifique. Ensuite, l'extraction et le calcul d'une multitude de facteurs de mérite assure que les modèles comprennent les caractéristiques de bas niveau et peuvent être directement régénéré au cours de l'optimisation.L'algorithme d'optimisation utilise une méthode bayésienne, où l'espace d’évaluation est créé à partir d'un modèle de substitution (krigeage dans ce cas), et la sélection est effectuée en utilisant le critère d’amélioration (Expected Improvement - EI) sujet à des contraintes. Un outil de conception a été développé (SIMECT), qui a été intégré comme une boîte à outils Matlab, employant les algorithmes d’extraction des macro-modèles et d'optimisation automatique. / The aim of this thesis is to establish an efficient analog design methodology, the algorithms and the corresponding design tools which can be employed in the dynamic conception of linear continuous-time (CT) functions. The purpose is to assure that the performance figures for a complete system can be rapidly investigated, but with comparable accuracy to the transistor-level evaluations. A first research direction implied the development of the novel design methodology based on the automatic optimization process of transistor-level cells using a modified Bayesian Kriging approach and the synthesis of robust high-level analog behavioral models in environments like Mathworks – Simulink, VHDL-AMS or Verilog-A.The macro-model extraction process involves a complete set of analyses (DC, AC, transient, parametric, Harmonic Balance) which are performed on the analog schematics implemented on a specific technology process. Then, the extraction and calculus of a multitude of figures of merit assures that the models include the low-level characteristics and can be directly regenerated during the optimization process.The optimization algorithm uses a Bayesian method, where the evaluation space is created by the means of a Kriging surrogate model, and the selection is effectuated by using the expected improvement (EI) criterion subject to constraints.A conception tool was developed (SIMECT), which was integrated as a Matlab toolbox, including all the macro-models extraction and automatic optimization techniques.

Les systèmes de production sont devenus des systèmes de grande échelle dont la complexité est accentuée par des contextes marqués de plus en plus par le changement. La capacité des systèmes a répondre au changement – appelée également changea-bilité – est reconnue comme étant une propriété essentielle pour leur cycle de vie, aussi bien dans le domaine des systèmes de production que dans le domaine de la conception en ingénierie. Au regard de la complexité des systèmes de production changeables, la méthodologie proposée par cette thèse a pour objectif de supporter la change-abilité dans la conception en souscrivant au domaine de l’ingénierie des systèmes. La première contribution est un formalisme pour la modélisation des systèmes changeables étayé d’après les principes de la conception systémique. Les concepts de flexibilité et de reconfigurabilité ne sont ici pas limités à des composants organiques du système, mais englobent l’ensemble des artefacts d’ingénierie dans le domaine du problème (exigences) et le domaine de la solution (blocs structurels). La deuxième contribution est une méthodologie pour la conception et la gestion des systèmes changeables. Elle repose sur un modèle du cycle de vie des systèmes changeables où des phases de conception des capacités de change-abilité du système s’alternent avec des phases de reconception tirant bénéfice de ces capacités existantes. Ces processus complémentaires garantissent la cohérence entre les décisions de conception pour intégrer et réutiliser des capacités de change-abilité, augmentant alors leurs potentiels tout au long du cycle de vie des systèmes complexes. Les concepts et les méthodologies développés ont été validés par des projets de conception de systèmes de production chez un équipementier automobile. Enfin, des développements possibles d’outils d’aide à la conception supportant la méthodologie proposée sont discutés. / Manufacturing systems have become large scale systems with increasing complexity particularly magnified by highly changing contexts. The system’s ability to cope with change (i.e. changeability) is recognized as a critical lifecycle property in the manufacturing system and engineering design domains. Given the complexity of changeable manufacturing systems, the proposed methodology of this dissertation aims to support design of changeability in subscribing to the domain of system engineering. The first contribution is a formalism for modeling changeability in a systemic way. Flexibility and reconfigurability paradigms are not limited to physical components of the system, but to the overall system architecture that encompasses all engineering artifacts relating to the designed system in both the requirements and physical solution domains. The second contribution is the methodology for the design and the management of changeability. The methodology utilizes a lifecycle model for changeable systems, in which design for changeability phases alternate with re-design phases that embrace and benefit from the existing changeability capabilities. These complementary processes allow a better consistency between design decisions to embed and reuse changeability, increasing changeability potential during the lifecycle of complex systems. The developed concepts and methodologies are validated in manufacturing system design projects from an automotive supplier. Finally, perspectives on design tools assisting the proposed methodology are discussed.

L'objectif de cette thèse est d'examiner comment les technologies orientées-objet peuvent apporter aux applications scientifiques tout ce qu'elles ont apporté dans la programmation des machines séquentielles: une meilleure réutilisabilité et pérennité des codes, des démarches méthodologiques de conception et de réalisation claires... La contrainte du calcul scientifique parallèle de ne pas sacrifier les performances devant être respectée.<br /><br />Après une revue des moyens de programmation parallèle et des<br />concepts objets, la conception et la réalisation d'une bibliothèque parallèle d'algèbre linéaire orientée-objet sont présentées. Nous étudions deux moyens de programmation parallèle, le premier, C++//, est un LAO parallèle à objets actifs dérivé de C++, le second est l'utilisation de MPI au travers d'une surcouche objet minimale.<br />Ces deux approches objets posent des problèmes soit de performances soit de réutilisabilité séquentielle/parallèle qui sont présentés et résolus.<br /><br />Nous proposons notamment un mécanisme simple de partage en lecture pour les modèles à objets actifs, en montrant son utilité en terme de performances de nos applications. Suite à la seconde approche nous définissons les notions de formes de matrices et de matrices avec forme qui permettent d'atteindre nos objectifs de réutilisabilité séquentielle/parallèle.<br /><br />Au final, la conception et la réalisation permettent d'instancier, à partir du même code [séquentiel] d'algèbre linéaire, une version séquentielle et parallèle offrant des performances satisfaisantes.

Les systèmes embarqués sont des dispositifs électroniques et informatiques autonomes, dédiés à une tâche bien précise. Leur utilisation s'est désormais démocratisée à de nombreux domaines d'applications et en particulier au multimédia. Ce type d'application est caractérisé par un besoin important en puissance de calcul et en échange de données. Les architectures matérielles au cœur de ces systèmes sont généralement dotées d'accélérateurs chargés de l'exécution des noyaux de calcul intensif. Les architectures reconfigurables à gros grain (CGRA) sont particulièrement adaptées à l'accélération d'applications multimédia car elles répondent au mieux aux contraintes de performance, d'efficacité énergétique, de flexibilité et de coût de conception. En effet, ce type d'architecture est un compromis entre les processeurs à usage général, les architectures dédiées et celles reconfigurables à grain fin. Cette thèse traite de certains aspects liés aux problématiques de conception et de compilation d'applications pour CGRA. Nos travaux s'inscrivent dans une démarche d'adéquation applications multimédia / CGRA / conception et compilation basées sur la programmation par contraintes (CP). Notre méthodologie nous a permis, grâce à la CP, de modéliser et de résoudre un ensemble de problèmes combinatoires complexes. Le premier modèle présenté a trait à la fusion d'unités fonctionnelles reconfigurables sous contraintes architecturales et technologiques. Les deux autres modèles abordent les problèmes de : placement, ordonnancement et routage des données pour le déploiement d'une application sur CGRA. Notre approche permet, dans la majorité des cas, de prouver l'optimalité de la solution obtenue.

Les processeurs à jeux d'instructions spécifiques (ASIP) sont des processeurs spécialisés qui combinent la flexibilité d'un processeur programmable avec la performance d'un processeur dédié. L'une des approches de conception de tels processeurs consiste à spécialiser un cœur de processeur existant en y ajoutant des instructions spécialisées, mises en œuvre dans un module matériel fortement couplé au chemin de données du processeur. C'est l'extension de jeu d'instructions. La conception d'un ASIP nécessite des méthodologies et des outils logiciels appropriés garantissant une maîtrise des contraintes de conception et de la complexité grandissante des applications. Dans ce contexte, cette thèse vise à proposer une méthodologie de génération automatique d'extensions de jeux d'instructions. Celle-ci consiste à tout d'abord identifier l'ensemble des instructions candidates qui satisfont les contraintes architecturales et technologiques, afin de garantir leurs mises en œuvre. Ensuite, les instructions candidates qui minimisent le temps d'exécution séquentielle de l'application sont sélectionnées. Les ressources matérielles de l'extension, telles que les registres et les multiplexeurs, sont optimisées. Enfin, la dernière étape génère la description matérielle et le modèle de simulation de l'extension. Le code applicatif est adapté pour tenir compte des nouvelles instructions. Cette thèse propose des techniques basées sur la programmation par contraintes pour résoudre les problèmes difficiles (voir intraitables) que sont l'identification d'instructions, la sélection d'instructions et l'allocation de registres.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement d'une méthodologie de conception de circuits asynchrones Quasi Insensibles aux Délais (QDI) et son application à des circuits sécurisés. Contrairement aux circuits synchrones, les circuits asynchrones se caractérisent par l'absence de signal d'horloge. Ces circuits sont séquencés par un mécanisme de communication et de synchronisation local. En plus des nombreuses propriétés des circuits asynchrones telles que la robustesse, une faible consommation, un faible bruit et une excellente modularité, les propriétés de la logique QDI apparaissent également particulièrement intéressantes pour sécuriser l'implantation des circuits intégrés contre les attaques par analyse de courant. Cependant, le manque de méthode et d'outil de conception est un frein à leur adoption. C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse, qui contribue au développement d'un outil de conception de circuits asynchrones développé au laboratoire TIMA : TAST.

L'impact des interconnections d'un circuit intégré sur les performances et la consommation est de plus en plus important à partir du nœud CMOS 28 nm et au-delà, ayant pour effet de minimiser de plus ne plus la loi de Moore. Cela a motivé l'intérêt des technologies d'empilement 3D pour réduire l'effet des interconnections sur les performances des circuits. Les technologies d'empilement 3D varient suivant différents procédés de fabrication d'où l'on mettra en avant la technologie Trough Silicon Via (TSV) – Collage Cuivre-Cuivre (Cu-Cu) et 3D Monolithique. TSV et Cu-Cu présentent des diamètres d'interconnexions 3D de l'ordre de 10 µm tandis que le diamètre d'une interconnexion 3D Monolithique est 0.1 µm, c'est-à-dire cent fois plus petit. Un tel diamètre d'interconnexion créée de nouveaux challenge en terme de conception de circuit intégré numérique. Dans ce contexte, notre objectif est de proposer des méthodologies de conception de circuits 3D innovantes afin d'utiliser au mieux la densité d'intégration possible et d'évaluer efficacement les gains en performance, surface et consommation potentiels de ces différentes technologies d'empilement par rapport à la conception de circuit 2D.Trois contributions principales constituent cette thèse : La densité d'intégration offerte par les technologies d'empilement étudiées laisse le possibilité de revoir la topologie des cellules de bases en les concevant directement en 3D. C'est ce qui a été fait dans l'approche Cellule sur Buffer (Cell-on-Buffer – CoB), en empilant la fonction logique de base d'une cellule sur l'étage d'amplification. Les simulations montrent des gains substantiels par rapport aux circuits 2D. On a imaginé par la suite désaligner les niveaux d'alimentation de chaque tranche afin de créer une technique de Multi-VDD adaptée à l'empilement 3D pour réduire encore plus la consommation des circuits 3D.Dans un deuxième temps, le partitionnement grain fin des cellules a été étudié. En effet au niveau VLSI, quand on conçoit un circuit de plusieurs milliers voir million de cellules standard en 3D, se pose la question de l'attribution de telle ou telle cellule sur la tranche haute ou basse du circuit 3D afin d'accroitre au mieux les performances et consommation du circuit 3D. Une méthodologie de partitionnement physique est introduite pour cela.Enfin un environnement d'évaluation des performances et consommation des technologies 3D est présenté avec pour objectif de rapidement tester les gains possibles de telle ou telle technologie 3D tout en donnant des directives quant à l'impact des certains paramètres technologiques 3D sur les performances et consommation. / Scaling limitations of advanced technology nodes are increasing and the BEOL parasitics are becoming more dominant. This has led to an increasing interest in 3D technologies to overcome such limitations and to continue the scaling predicted by Moore's Law. 3D technologies vary according to the fabrication process which creates a wide spectrum of technologies including Through-Silicon-VIA (TSV), Copper-to-Copper (CuCu) and Monolithic 3D (M3D). TSV and CuCu provide 3D contacts of pitch around 5-10um while M3D scales down 3D via pitch extremely to 0.11um. Such high-density capability of Monolithic 3D technology creates new design paradigms. In this context, our objective is to propose innovative design methodologies to well utilize M3D technology and introduce a technology assessment framework to evaluate different M3D technology parameters from design perspective.This thesis can be divided into three main contributions. As creating 3D standard cells become achievable thanks to M3D technology, a new 3D standard cell approach has been introduced which we call it ‘3D Cell-on-Buffer' (3DCoB). 3DCoB cells are created by splitting 2D cells into functioning gates and driving buffers stacked over each other. The simulation results show gain in timing performances compared to 2D. By applying an additionally Multi-VDD low-power approach, iso-performance power gain has been achieved. Afterwards cell-on-cell design approach has been explored where a partitioning methodology is needed to distribute cells between different tiers, i.e. determine which cell is placed on which tier. A physical-aware partitioning methodology has been introduced which improves power-performance-area results comparing to the state-of-the-art partitioning techniques. Finally a full high-density 3D technology assessment study is presented to explore the trade-offs between different 3D technologies, block complexities and partitioning methodologies.

Les avantages que présentent les systèmes électriques par rapport aux autres systèmes (mécaniques, hydrauliques et pneumatiques) ont permis d’intensifier l’électrification des systèmes embarqués à bord des aéronefs : c’est le concept d’avion plus électrique. Dans ce contexte, l’approche de conception intégrée par optimisation (CIO) de ces systèmes s’avère aujourd’hui une nécessité pour pouvoir répondre aux exigences en termes d’efficacité énergique, de fiabilité et de masse... Dans cette thèse, nous avons appliqué la CIO à une chaine de conversion électromécanique utilisée dans le système de conditionnement d’air d’un avion. Deux objectifs sont ciblés : la minimisation de la masse du système et l’augmentation de son efficacité énergétique. Ces objectifs sont intégrés à diverses contraintes hétérogènes, allant de la qualité réseau au respect de la mission de vol dans le plan couple – vitesse, en passant par la thermique,… Compte tenu de la complexité du système étudié et de son caractère multidisciplinaire, des approches de conception par optimisation dites « MDO » (pour Multidisciplinary Design Optimization) sont étudiées. En effet, au delà des compétences physiques et techniques, la conception intégrée par optimisation des systèmes complexes nécessite des efforts supplémentaires en termes de méthodologies de conception. Nous avons présenté dans cette thèse trois approches : Approches mono-niveau : séquentielle et globale ; Approche multi-niveaux, couplant niveaux système et niveau constituants (filtre, onduleur, machine) ; des formulations adaptées à notre problème de conception sont présentées afin de résoudre les problèmes liés aux optimisations mono-niveau. Les performances des différentes approches de conception sont présentées analysées et comparées. Les résultats obtenus montrent clairement les avantages que présente la formulation multi-niveaux par rapport aux approches classiques de conception. / The benefits of electrical systems compared to other systems (mechanical, hydraulic and pneumatic) are a serious motivation for the electrification of embedded systems in “more electric aircraft”. In this framework, the integrated optimal design of these systems appears necessary to meet requirements in terms of efficiency, reliability and weight reduction. In this thesis, we have applied the integrated optimal design to an electromechanical system used in the air conditioning system of a more electric aircraft. Two objectives are targeted: the minimization of the system weight and the increase of its efficiency. Both objectives are integrated with several heterogeneous constraints, from network quality till flight mission fulfilment in the torque vs speed plan. Because of the complexity of the studied system and its multidisciplinary nature, "MDO" approaches (for multidisciplinary Design Optimization) are studied. In fact, beyond physical and technical skills, integrated optimal design of complex systems requires additional efforts in terms of design methodologies. Three approaches are presented in this thesis: One-level Approaches: sequential and global; Multilevel approach, coupling “system” level with “device” level (filter, inverter, electric machine); a set of formulations adapted to our design problem are presented to solve the issues associated to the one-level approaches. The performance of these design approaches are presented, analyzed and compared. The results clearly show the advantages that involves multilevel formulation compared to conventional design approaches.