La gestion d’une plate-forme selon une stratégie de cross dock est un processus logistique efficace et dynamique qui vise à transférer directement les produits d'un fournisseur à un client. Cette thèse aborde les problèmes d'affectation aux portes et de gestion des ressources sous contraintes de fenêtres du temps dans un cross dock spécifique. Les problèmes sont formulés comme des modèles de programmation mathématique mixte (MIP). L’objectif est de minimiser la somme de la distance parcourue dans l’entrepôt et du coût qui contient les coûts liés aux ressources et un coût de pénalité. Une heuristique basée sur les algorithmes génétiques est proposée pour résoudre ce problème. Deux méthodes de réparation des gènes sont décrites pour rendre les solutions irréalisables réalisables. Les résultats montrent que l’algorithme génétique surpasse la résolution du modèle MIP à l’aide du solveur CPLEX en un temps donné, pour des instances de taille moyenne et de grande taille. Afin de décrire le comportement et de recueillir des informations pertinentes sur la gestion en cross docks, nous proposons un modèle basé sur réseau de Pétri. Un modèle par réseau de Pétri est construit et la simulation est réalisée avec le logiciel Tina. Par simulation, avec différents nombres de ressources, nous obtenons des temps pertinents pour améliorer les fenêtres de temps originales, le makespan de chacun des postes de travail, l'intervalle de temps libre dans le cross dock et la quantité de ressources disponible à chaque période de temps, ce qui peut fournir des conseils utiles à la gestion des ressources. A partir des résultats de la simulation, la formulation MIP est améliorée. / Cross docking is an efficient and dynamic logistic process that directly transfers goods from a supplier to a customer. This thesis addresses the door assignment and resource management problem with truck time windows constraints for a specific cross dock. The problems are formulated as mixed integer programming (MIP) models. The objective is to minimize the weighted sum of the total travel distance and cost which includes labor cost and penalty cost. A heuristic based on genetic algorithm (GA) is developed to solve the problems. Two gene repair methods are proposed to repair infeasible solutions. The computational results show that genetic algorithms outperforms the solution of MIP model with CPLEX in a given CPU time, for medium and large size instances, and that the second gene repair method outperforms the first one. In order to describe the behavior and gather information on the cross dock, a model based on Petri net is built to study the cross docks and simulations are carried out with Tina. The simulation results for different resource number lead us to obtain the relevant times to improve the original time windows, the makespan at each work station, the free time interval in the cross dock and the free resource number at each time period, which provide relevant information on the resource management. Besides, according to the simulation results, the original MIP formulations are improved. Then we propose a new MIP formulation, which determine not only door assignment, but also resources at each time period at each work station. Computational results reveal that the new MIP model control resources in cross dock more efficiently and outperforms the first model.

Au cours des dernières décennies, de grands efforts en recherche et développement ont été faits pour développer et promouvoir les véhicules électriques (VEs). La plupart de ces recherches portent essentiellement sur le développement des moteurs électriques de ces véhicules et des technologies de batteries de recharge. Cependant, un des obstacles majeurs pour le déploiement des VEs à grande échelle réside dans l'incertitude d’assister et de guider les conducteurs de ce type de véhicule d’une façon appropriée pour atteindre les stations de recharge tout en satisfaisant leurs souhaits (points de recharge disponibles, moins d’attente possible, proposition d’autres points d’intérêts : restaurant, shopping, etc.). Afin de remédier à ce manque, nous proposons dans ce travail de thèse une approche distribuée et adaptative orientée modèles pour la gestion de l'énergie pour la recharge des VEs. Pour ce faire, nous nous somme focalisés sur la modélisation des processus de recharge en utilisant une approche formelle basée sur des outils de systèmes à événements discrets, à savoir l'algèbre (max, +) et les réseaux de Petri. Les modèles développés ont permis d’étudier, d’analyser et d’évaluer le comportement du système de recharge. De plus, une approche d'optimisation basée sur la programmation linéaire est proposée afin d’affecter et d’orienter d'une façon optimale les VEs vers les stations de recharge appropriées et ordonnancer leurs opérations de recharge. Afin de prédire le taux et la durée de recharge moyens des VEs compte tenu des dates d’arrivée des demandes de recharge et l'état de recharge de chaque véhicule, une approche dédiée basée sur une fonction prédictive est proposée. En utilisant cette approche, les opérations de recharge pourraient être planifiées en minimisant les temps d'attente des VEs au sein des stations de recharge et en assurant un taux de recharge acceptable pour chaque demande. Les résultats d’analyse et de simulations obtenus ont montré que les approches de modélisation, d’optimisation et de prédiction proposées permettent d’affecter de façon adéquate et optimale les VEs aux stations de recharge tout en satisfaisant toutes les contraintes du processus de recharge. / In the last decades, very great research and development efforts have been made to develop and promote electric vehicles (EVs). Most efforts have been made to further develop the power engine of these vehicles and batteries technologies. However, one of the major obstacles to the large deployment of EVs is the uncertainty of drivers to get a suitable and vacant place at a charging station (CS). In this manuscript, we focus on the charging process modelling using formal approaches based on discrete event system tools namely (max,+) algebra and Petri nets. In addition, an optimization approach based on linear programming is proposed to optimally assign and reroute EVs to the suitable CSs and schedule their charging operations. In order to predict, manage and handle charging needs of EVs, a dedicated model based on a predictive function is introduced. The aim is to predict the average charging rate and time while considering the inter-arrival of charging requests and the state of charging of EVs. Using this approach, charging operations could be planned while minimizing waiting times of EVs and avoiding queuing situations within CSs. Simulation results showed that the proposed approaches allow assigning adequately and optimally EVs to CSs while satisfying all process constraints.

L'Ingénierie Système (IS) est une méthodologie pluridisciplinaire de conception et de mise en oeuvre des systèmes complexes. La maîtrise de la Sûreté de Fonctionnement est un processus essentiel de l'IS et, dans sa poursuite, le recours à des méthodes formelles telles que le model checking se heurte généralement à des diffcultés d'utilisation. Dans cette thèse Cifre, effectuée en collaboration avec l'IRCCyN et Sodius, nous avons cherché à concevoir un outil de vérification formelle d'architectures fonctionnelles qui soit immédiatement utilisable dans des démarches de conception d'IS. Dans ce but, nous transformons des modèles et des propriétés comportementales haut niveau vers des équivalents bas niveau sur lesquels sont effectuées les vérifications formelles, le résultat étant présenté en termes haut niveau. Plus particulièrement, nous avons choisi comme modèles d'entrée les diagrammes EFFBDs : ils constituent un outil de modélisation largement utilisé en IS et adapté aux contraintes du model checking. Nous en avons établi la syntaxe et la sémantique formelles ; nous avons alors pu décrire une transformation vers les réseaux de Petri temporels (TPNs) dont nous avons prouvé qu'elle préserve le comportement temporel des modèles. Parallèlement, nous avons décrit une logique temporelle quantitative adaptée aux EFFBDs et sa traduction vers une logique correspondante sur les TPNs; nous avons alors pu établir la complexité de son model checking. Ces différents résultats théoriques nous ont ensuite permis de réaliser un outil de simulation enfin de vérification d'architectures fonctionnelles et dysfonctionnelles (c.-à-d. modélisant des fonctions défaillantes), déployé et utilisé industriellement.

Les terminaux à conteneurs constituent des interfaces inter-modales essentielles pour le réseau de transport mondial. Une manutention efficace des conteneurs dans des terminaux est d'une importance cruciale pour la réduction des coûts de transport et la détermination des plans d'embarquement. Dans ce rapport de thèse, nous proposons principalement une approche de résolution distribuée à travers la description d'un modèle d'optimisation heuristique distribuée baptisé COSAH COntainer Stacking via multi-Agent approach and Heuristic methodqui permet de simuler, résoudre et optimiser l'espace de stockage disponible pour manier les départs et les arrivées des conteneurs dans un port fluvial ou maritime. Autrement dit, COSAH permet de minimiser le nombre total de mouvements parasites tout en respectant des contraintes dynamiques d'espace et de temps. Les performances de COSAH sont ensuite évaluées sur des instances générées aléatoirement, ainsi que des instances extraites de la réalité d'un port maritime tunisien : le port de Radès. En effet, nous avons procédé à une étude expérimentale implémentant et comparant COSAH à la version centralisée associée, toutes deux basées sur un algorithme de recherche non informée et un algorithme de recherche informée. Les résultats obtenus, présentés et illustrés, montrent l'efficacité de COSAH en particulier, et d'une méthode d'optimisation heuristique distribuée alliant les deux concepts : Agent et Heuristique, en général.

La méthodologie de modélisation adaptée a la mesure des performances des architectures parallèles repose sur la décomposition du processus de modélisation en 7 phases: formulation des objectifs, analyse du système, conception du modèle, estimation et mesure des paramétrés d'entrée du modèle, resolution du modèle, validation du modèle et utilisation du modèle pour prédire les performances du système réel

En suivant les principales tendances d'évolution des systèmes automatisés et de la productique, nos travaux de recherche se positionnent dans l'optique des mutations induites par l'intégration des Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication dans ces disciplines. Dans ce contexte, la décentralisation de l'intelligence et sa migration vers les niveaux bas, génèrent une évolution vers des services nouveaux, à même de permette non seulement de garder des positions privilégiées en terme de parts de marché, mais aussi d'en gagner de nouvelles. <br />Nos contributions se sont orientées précisément vers la mise au point de systèmes de surveillance dynamiques intelligents, en abordant des problématiques liées à la détection dynamique et au diagnostic curatif et préventif. Les techniques de l'intelligence artificielle ont ainsi constituées la colonne vertébrale de nos études, avec des travaux allant de la conception théorique et le test de nouveaux outils de surveillance dynamique, jusqu'à la validation, le prototypage et l'exploitation industrielle des concepts développés.<br />Dans le domaine de la surveillance dynamique, une de nos contributions majeures correspond à l'introduction d'un réseau de neurones dynamique innovant, le Réseau Récurrent à base de Fonctions radiales (RRFR). En faisant appel aux propriétés dynamiques des architectures localement récurrentes, le RRFR se caractérise par une approche de reconnaissance locale – essentielle en surveillance industrielle –, tout en permettant – de part ses caractéristiques dynamiques intrinsèques – une détection précoce des paliers de dégradation et une robustesse vis-à-vis des fausses alarmes. L'existence d'une mémoire statique et d'une mémoire dynamique facilement paramétrables au sein de la même structure, confère au réseau une souplesse d'utilisation très intéressante, ainsi qu'un accès à des techniques d'apprentissage allégées. Par ailleurs, dans le but d'augmenter la rapidité et l'efficacité de l'apprentissage, une version améliorée de l'algorithme des k-moyennes, permet d'améliorer la robustesse des algorithmes et de se situer dans la zone optimale de « bonne généralisation ».<br />La prise en compte de l'incertain fait l'objet d'une deuxième partie de nos travaux, située dans la continuité de la première. Dans ce sens, l'utilisation de la logique floue en surveillance dynamique se montre très intéressante de part la proximité par rapport au raisonnement et à l'expérience des opérateurs et ingénieurs, ainsi que de part la possibilité d'assurer une traçabilité essentielle pour le retour d'expérience en maintenance. Un outil de type réseau de Petri flou dédié à la surveillance (RdPFS) des systèmes de production a ainsi constitué l'objet de cette étude. Cet outil, basé essentiellement sur la modélisation floue de la variable "instant d'apparition" de l'événement discret, est muni d'un mécanisme d'interfaçage intégré, inspiré des réseaux de Petri à synchronisations internes, permettant la communication entre les outils de modélisation, de surveillance et de reprise. Dans un tel système, l'utilisation de la logique floue offre une souplesse d'utilisation et une dimension prédictive très intéressante. Basé sur un modèle RdPFS construit à partir des règles logiques induites par l'arbre de défaillance du système surveillé, nous avons montré sa capacité d'analyse dynamique des défauts, en utilisant une approche temporelle floue. <br />Dans nos travaux les plus récents, les avantages des outils neuronaux dynamiques et de la logique floue ont été mis à l'œuvre conjointement dans le cadre de systèmes hybrides neuro-flous d'aide à la surveillance. L'outil hybride ainsi proposé comporte deux parties, une première pour la détection dynamique – utilisant le RRFR amélioré essentiellement au niveau des algorithmes d'apprentissage dynamiques – et une deuxième pour le diagnostic curatif et prédictif, utilisant un réseau neuro-flou construit à partir de l'arbre de défaillance et de l'AMDEC du système / sous-système surveillé. Il est à noter que ce type de système de surveillance dynamique utilise l'approche abductive de recherche de cause – élément indispensable pour un diagnostic efficace. Par ailleurs, l'apprentissage dynamique permet de commencer l'activité de surveillance dynamique même en l'absence de données très consistantes, en enrichissant et affinant les symptômes et les causes associées (respectivement les degrés de crédibilité de celles-ci) au fur et à mesure du fonctionnement du système, grâce aux algorithmes neuronaux incorporés. <br />Parmi les verrous technologiques abordés lors de nos contributions, une place importante est accordée à la surveillance dynamique par apprentissage en ligne, en traitant des problèmes liés à la rapidité et la flexibilité de l'apprentissage, au temps de réponse, au traitement de grands flux de données, ainsi qu'aux méthodes de validation utilisant le test sur des benchmarks et le prototypage industriel. <br />Dans ce sens, l'exploitation industrielle du réseau récurrent à fonctions de base radiales a représenté une étape importante de nos travaux. Elle nous a permis la mise en œuvre d'une application de surveillance dynamique en temps réel d'un système, en utilisant l'apprentissage dynamique distant via le web. Mettant en évidence l'intérêt des techniques développées dans la réorganisation de l'activité de surveillance grâce aux nouvelles technologies, cette exploitation industrielle a donné lieu à un brevet d'invention, déposé en collaboration avec une SSII bisontine. <br />La conception de l'outil de surveillance neuro-flou a été menée en utilisant des spécifications UML. Cette approche a été initiée (étude, normalisation, spécification) dans le cadre du projet Européen PROTEUS/ITEA et finalisée (prototypage) dans le cadre d'un projet financé par l'ANVAR. Essentiels pour l'industrialisation des systèmes proposés, l'information de départ est considérée sous un format industriel classique (ADD, AMDEC, ...) et la mise à jour est assurée par une réelle ouverture du système traduite par des liens permanents avec les systèmes d'acquisition (capteurs, SCADA, ...) et les systèmes de gestion (GMAO, ...). <br />Dans le domaine de la e-maintenance, un défi considérable est constitué par le besoin de normalisation des plates-formes de e-maintenance, dans l'objectif d'arriver à terme à une génération automatique de ces plateformes, et à un standard qui pourra constituer un guide pour tous les constructeurs d'équipement soucieux d'intégrer leur produit dans une plate-forme de ce type. Du point de vue scientifique, il s'agit d'arriver à une génération automatique ou interactive d'une telle plate-forme, en fonction des services participants et du contexte d'utilisation. L'objectif est très ambitieux, car générateur de nouveaux services et de nouvelles opportunités commerciales. Il constitue l'objectif principal du projet européen SHIVA, dans lequel se retrouvent les partenaires les plus actifs de PROTEUS, avec – mise a part des partenaires déjà existants comme Cegelec et Schneider – des partenaires industriels nouveaux, tout aussi prestigieux, comme la Division des Constructions Navales et Airbus. <br />Concernant les perspectives de nos travaux, s'inscrivant dans le cadre des mêmes tendances de décentralisation et de migration de l'intelligence vers les niveaux opérationnels, une direction d'étude intéressante est constituée par le domaine des réseaux de capteurs intelligents. Cette perspective pourra ainsi intégrer des tendances technologiques liées aux connecteurs intelligents (« smart connectors ») basés sur le multiplexage et sur les courants porteurs, afin de réduire le volume de câblage, des points de connexion et afin de mieux prendre en considération les contraintes de sûreté de fonctionnement de ce type de réseaux, contraintes qui – dans un avenir très proche – seront vraisemblablement déterminantes.<br />Par ailleurs, dans un contexte régional, lié à la création du pôle de compétitivité « microtechniques », la problématique de la fabrication des microsystèmes est une problématique présentant un intérêt croissant. En effet, de nombreux prototypes de microsystèmes sont proposés en phase de prototype, avec une création liée à une manière plutôt artisanale, tout à fait compréhensible – vu les technologies innovantes utilisées -, mais qui ne se prête pas à une commercialisation de ces produits. De ce fait, l'étude des microsystèmes de production semble être un domaine porteur et permettant de garder des emplois européens – souvent menacés par la délocalisation.<br />Enfin, le diagnostic à partir de l'imagerie médicale en utilisant les techniques de l'intelligence artificielle me semble un domaine où mes compétences en recherche (surveillance par IA) et en enseignement (traitement de l'image) peuvent se donner la main pour aborder une thématique nouvelle, présentant un grand intérêt dans le domaine des biotechnologies, dans lequel la France est bien engagée depuis un certain nombre d'années. Cette perspective correspond au projet de recherche propose dans le cadre de ma délégation CNRS au laboratoire IPAL – Image Perception, Access and Learning (actuellement FRE, UMI-CNRS a partir de 2006) de Singapour.

Cette thèse étudie les propriétés calculatoires des présentations d'opérades, ou systèmes de réécriture de diagrammes de Penrose, et leurs liens avec divers types de systèmes de réécriture classiques. Grâce à des nouveaux critères pour la terminaison et la confluence, on démontre la conjecture sur la convergence de la présentation L(Z2) des Z/2Z-espaces vectoriels, une théorie équationnelle commutative. On montre que les présentations d'opérades sont des généralisations des systèmes de réécriture de mots et des réseaux de Petri et qu'elles fournissent un calcul de gestion explicite des ressources pour les systèmes de réécriture de termes linéaires à gauche. Enfin, on étudie les obstructions à ce même résultat concernant le lambda-calcul. Des annexes présentent les liens entre les opérades et d'autres structures de l'algèbre universelle, ainsi qu'un calcul de substitutions explicites.

Ce travail a pour objet la présentation d'une approche pour l'aide au dimensionnement, l'aide à l'élaboration de politiques de conduite et le pilotage en temps réel de cellules flexibles de fabrication. L'approche que nous proposons est articulée autour de la modélisation et de l'analyse d'une cellule flexible sous un ensemble de contraintes cycliques. Le modèle choisi est un réseau de Petri p-temporel t-temporisé plus général qu'un graphe d'événements. Il permet d'une part de découplet les contraintes de gammes des contraintes de ressources, et d'autre part de modéliser aussi bien les durées d'opération associées aux transitions qui sont les paramètres de notre problème, que les durées d'attente des pièces dans les stocks intermédiaires représentés par les places qui sont elles les inconnues du problème. Après avoir défini un régime stationnaire périodique forcé, des bornes minimales et maximales qui correspondent à des conditions nécessaires de réalisation d'une production plus ou moins flexible sont calculées à l'aide des techniques de la programmation mathématique. Ces bornes sont utilisées au niveau d'un algorithme de joueur de réseau de Petri p-temporel t-temporisé possédant un mécanisme de retour arrière ("backtrack") afin de calculer une stratégie particulière de réalisation de la production, l'objectif essentiel étant de réaliser un bon compromis entre efficacité et flexibilité. Finalement, en nous basant sur le résultat de l'ordonnancement prévisionel calculé, le modèle de réseau de Petri est utilisé pour un pilotage temps réel et réactif de la cellule au travers de l'utilisation d'un joueur temps réel ne possédant plus de mécanisme de retour arrière et permettant de décrire en temps réel l'enchaînement des traitements à effectuer sur les pièces, de communiquer avec l'environnement extérieur et d'être soumis à des contraintes temporelles explicites. Un exempl e d'application illustre l'approche exposée.

Les travaux développés dans ce mémoire se situent dans le cadre de l'analyse et de la conception des systèmes temps réel. Nous proposons une approche d'aide à la translation entre analyse fonctionnelle et analyse orientée objet. L'utilité d'une telle démarche ainsi que les différents travaux effectués dans ce domaine sont d'abord étudiés. Ensuite, nous exposons les différentes étapes de la démarche. Son originalité découle de l'utilisation des réseaux de Petri comme moyen de translation. D'abord, les spécifications fonctionnelles (de type SA-RT) sont décrites par réseaux de Petri. Les composantes conservatives de ces derniers sont alors utilisées pour identifier et définir les objets. Le formalisme HOOD/PNO est adopté pour la spécification des objets. L'approche proposée peut s'appuyer sur l'aspect statique des spécifications ou sur l'aspect dynamique. Il est également possible d'adopter une approche mixte. Les différentes étapes de la démarche et les approches possibles sont illustrées par des exemples significatifs. Nous étudions également les limites de la démarche proposée, ses parties automatisables et la possibilité de l'utiliser avec d'autres techniques. Par ailleurs, nous nous intéressons à la possibilité d'exploiter les résultats obtenus dans des objectifs d'évaluation des spécifications fonctionnelles. L'apport de certaines extensions temporelles des réseaux de Petri est mis en évidence.

Les systèmes de production de type flow-shop sont des systèmes déterministes qui peuvent être modélisés analytiquement de manière relativement aisée dans une structure algébrique de dioïde. Les opérations dont est muni un dioïde sont essentiellement basées sur des phénomènes de synchronisation et de délai, ce qui permet d'aboutir à un modèle linéaire. Cependant, les systèmes de production manufacturiers présentent de plus en plus d'éléments hétérogènes en interaction et font ainsi partie d'une classe plus générale de systèmes, les job-shops. Ces interactions se caractérisent parfois par des conflits ; dès lors, une modélisation analytique linéaire n'est plus possible. En considérant un système à conflits, non plus directement, mais via ses comportements extrémaux, il est possible d'en obtenir une modélisation approchée, qui est linéaire dans un dioïde d'intervalles. Moyennant l'utilisation de règles d'affectation des ressources partagées et de politiques de routage appropriées, nous définissons des modèles linéaires de ces sections. On propose un modèle approché, dans un dioïde d'intervalles, de ces systèmes complexes, afin de bénéficier des contributions théoriques des structures algébriques de dioïde. Par ailleurs, les réseaux de Petri forment un outil graphique privilégié pour la représentation des systèmes dynamiques à événements discrets que sont les systèmes de production. Nous proposons une définition de la sémantique d'une sous-classe bien particulière de ces réseaux : les graphes d'événements temporisés à incertitudes temporelles, qui permettent de retranscrire des relations exprimées dans un dioïde d'intervalles. En somme, notre contribution permet d'étudier certains job-shops, alors que les possibilités actuelles se limitaient à l'étude de flow-shops.