Le corps de ce travail concerne la modélisation des systèmes à événements discrets. Il s'intéresse par ailleurs en quasi exclusivité à la gestion des contraintes de temps de séjour. Mes travaux de thèse ont comporté la constitution du cahier des charges en amont et les applications en aval d'un outil de modélisation des exigences temporelles : Les Réseaux de Petri P-temporels. L'ensemble de mes travaux de recherche a été développé dans le but d'asseoir l'utilisation de cet outil. Un premier axe a été de positionner l'outil par rapport à ceux de l'état de l'art. Une deuxième tâche a été de prouver un certains nombre de propriétés mathématiques dans l'optique de permettre des applications industrielles efficaces. Au delà de la stricte recherche de propriété, l'extension du champ applicatif, vers le domaine du ferroviaire par exemple, a pris une part très importante. Une troisième activité a débouché sur la caractérisation des limites du modèle et la proposition d'extension fonctionnelle ou de rapprochement de l'outil de modélisation vers des modèles existants. Ce modèle concerne donc les Systèmes à Evénements Discrets où l'on rencontre des contraintes de temps de séjour maximum dans un état donné. C'est le cas de la galvanoplastie qui a été le premier support applicatif. Très rapidement, le champ des applications potentielles de l'outil a été élargi par des publications dans les domaines de l'industrie alimentaire. Les travaux se sont par ailleurs concentrés sur la partie commande, en supposant que la séquence des opérations avait déjà été fixée. Ils ont été appuyés par le travail de master de recherche de M.F. Karoui en 2004 (deux conférences ont été publiées dans la suite de son mémoire). Par ailleurs, l'expertise en supervision qui se trouvait au sein de l'équipe Système à Evénement Discret a été valorisée par le stage de master de T. Lecuru sur la supervision des ateliers automobiles en 2003. Ce travail a pris une autre ampleur avec la thèse de Jerbi Nabil sur la commande des ateliers à contraintes de temps soutenue en 2006 (3 publications de revue). Il se poursuit avec la thèse de Annis Mhalla. En 2006, F. Defossez soutient un master dans le domaine ferroviaire sur la gestion des exigences temporelles de sécurité. Ce dernier va s'inscrire en troisième année de thèse et a déjà publié 5 conférences. Ce travail ouvre un champ très important pour l'outil de modélisation que je porte. Par exmple, cela a amné la participation à un projet Européen. Ce projet SELCAT qui s'intéresse au passage à niveau et qui s'est terminé en juin 2008. Il se prolongera dans un projet national ANR accepté qui débutera autour de janvier 2009. En parallèle, un projet spécifique ayant trait aux outils de modélisation sur les chantiers est en cours avec la SNCF. Enfin, la thèse de Hedi Dhouibi a été l'occasion de proposer un nouveau modèle capable de généraliser certaines propriétés des Réseaux de Pétri P-temporels à des systèmes où le paramètre critique est différent du temps. Une validation industrielle sur des données réelles a pu être effectuée (soutenance en 2005). Elle fait l'objet de trois publications de revues internationales (acceptation en 2008).

Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le contexte de la supervision des ateliers flexibles de production manufacturière. Il traite plus particulièrement de l'intégration de la surveillance temps réel des défaillances du procédé. L'approche se distingue en considérant la commande et la surveillance sur un même plan et non la surveillance comme un palliatif à la commande. Une structure d'un module de surveillance-commande est proposée. Le module est constitué de deux modèles coopérants basés sur le concept d'activités : l'un, appelé modèle de référence pour la surveillance-commande, modélise toutes les fonctionnalités mises en ¿uvre par le système de surveillance, l'autre, appelé modèle de la stratégie de surveillance-commande, modélise les contraintes imposées par les objectifs propres de l'entreprise et des utilisateurs. L'exécution d'un traitement de surveillance (séquence d'activités) n'est pas limitée au strict enchaînement des fonctions détection, diagnostic, décision puis reprise. D'autres séquences mettant en ¿uvre des activités de surveillance-commande plus élaborées (par exemple, activation de plusieurs fonctions de surveillance-commande du module simultanément) sont autorisées et réalisables par le module. En fonction des activités en cours d'exécution, un superviseur implanté dans chacun des modules gère l'ensemble des informations qui transitent par le module en les orientant vers la ou les fonctions de surveillance-commande aptes à les prendre en compte : détection, diagnostic, décision, reprise, urgence, suivi, commande. Un exemple d'application basé sur un processus manufacturier réel, la cellule flexible de l'Ecole Nationale d'Ingénieur de Tarbes (ENIT), illustre les apports de notre approche. Ils se traduisent en terme de flexibilité de surveillance, de réactivité aux diverses évolutions du procédé, de prise en compte et de respect des contraintes imposées par l'entreprise d'un point de vue surveillance.

De nombreux systèmes de transport peuvent être modélisées par des synchronisations ordinaires (pour tout k>=l, l'occurrence k de l'événement B se produit au moins t unités de temps après l'occurrence k-l de l'événement A). Ces systèmes sont linéaires dans l'algèbre (max,+). Pour certaines applications, il est primordial de modéliser la simultanéité entre événements. Comme la synchronisation ordinaire ne suffit pas à exprimer ce phénomène, nous introduisons la synchronisation partielle (l'événement B ne peut se produire que quand l'événement A se produit). Dans ce mémoire, des méthodes développées pour la modélisation et le contrôle de systèmes linéaires dans l'algèbre (max,+) sont étendues à des systèmes régis par des synchronisations ordinaires et partielles. Nous considérons uniquement des systèmes divisés en un système principal et un système secondaire et gouvernés par des synchronisations ordinaires entre événements dans le même système et des synchronisations partielles d'événements dans le système secondaire par des événements dans le système principal. Nous introduisons une commande optimale et une commande prédictive pour cette classe de systèmes par analogie avec les résultats disponibles pour les systèmes linéaires dans l'algèbre (max,+). En considérant un comportement donné pour le système principal, il est aussi possible de représenter le système secondaire par une fonction de transfert et de modifier sa dynamique pour suivre un modèle de référence. / Many transportation networks can be modeled by (max,+)-linear systems, i.e., discrete event systems ruled by standard synchronizations (conditions of the form: "for all k>=l, occurrence k of event B is at least t units of time after occurrence k-l of event A"). In some applications, it is also necessary to model simultaneity between events (e.g., for a road equipped with traffic lights, a vehicle can cross an intersection only when the associated traffic light is green). Such conditions cannot be expressed using standard synchronizations. Hence, we introduce the partial synchronization (condition of the form: "event B can only occur when event A occurs"). In this thesis, we consider a class of discrete event systems ruled by standard and partial synchronizations, called (max,+)-systems with partial synchronization. Such systems are split into a main system and a secondary system such that there exist only standard synchronizations between events in the same system and partial synchronizations of events in the secondary system by events in the main system. We adapt some modeling and control approaches developed for (max,+)-linear systems to (max,+)-systems with partial synchronization. Optimal feedforward control and model predictive control for (max,+)-linear systems are extended to (max,+)-systems with partial synchronization. Furthermore, transfer relation and model reference control are provided for the secondary system under a predefined behavior of the main system.

Si le problème d'équilibrage lors de la conception de lignes d'assemblage est largement étudié dans la littérature sous le nom d’ALBP (Assembly Line Balancing Problems), peu de travaux concernent leur rééquilibrage dans un horizon court terme et en-ligne. Les travaux présentés dans ce mémoire portent donc sur le rééquilibrage dynamique des lignes d’assemblage en réaction aux événements court terme perturbants la production. L’objectif étant de changer l’allocation des taches sur les postes de travail afin de lisser la charge induite par la perturbation. Le délai court sans arrêt de production étant plus important que l'optimalité de la solution, le temps de résolution rapide des méthodes de résolution approchées nous a intéressé. Deux approches ont été étudiées pour leur simplicité et leur nouveauté dans le domaine du ALBP : la méthode ILS (Iterated Local Search) et la recherche d’atteignabilité sur un réseau d’automates communicants. Cela nous a montré qu'elles peuvent répondre au besoin de réactivité imposé par notre problème mais qu’elles sont difficilement adaptables lorsque les leviers d’action pour rééquilibrer la ligne sont modifiés. Notre proposition pour répondre à ce besoin d’adaptabilité est une méthodologie de modélisation et de résolution des problèmes de rééquilibrage des lignes d’assemblage s’appuyant sur un réseau d’automates communicants et une recherche d’atteignabilité sur celui-ci. Pour assurer la généricité, la méthodologie est décomposée en deux niveaux d’abstraction : l'étude de la classe du problème ALBP considéré et al résolution du problème spécifique. Les travaux ont été validés sur des exemples industriels issus de la société Trane. / Assembly lines are flow-oriented production systems. They are still typical in industrial production systems despite the evolution from mass-production to more personalized and fluctuating production. In order to meet customer demand (quantity, time, etc.) and to reduce manufacturing costs, the lines must be well balanced. In other words, the products need to move from one workstation to another with the same pace, usually called takt time. This assembly line design problem is widely studied in the literature under the name of ALBP (Assembly Line Balancing Problems). Nonetheless, few studies concern the on-line reconfiguration and in particular, the dynamic rebalancing. The work presented in this thesis focuses on the dynamic rebalancing of assembly lines in response to short-term events disturbing production. Two approaches have been studied for their simplicity, speed of implementation and innovation in the field of ALBP: the ILS approach (Iterated Local Search) and the reachability analysis approach based on a network of communicating automata. This study showed that both approaches can address the need for a quick resolution required by dynamic rebalancing problem but lacked for adaptation when model constraints or objectives are changed. A methodological approach for assembly line balancing problems modeling and resolution is proposed to bridge the gap of adaptability. To ensure the genericity of obtained models., the methodology is composed of two levels of abstraction: a study of the class of the considered problem and a focus on the specific problem to solve. Studies have been validated on industrial examples from Trane factories.

Le Conseil Régional de Champagne-Ardenne porte un intérêt particulier aux formations supérieures professionnalisantes en sciences et techniques. Dans ce cadre, il a été proposé de permettre l'utilisation de Systèmes Automatisés de Production (SAP) par des apprenants. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la conception de la commande de systèmes manufacturiers par des automaticiens au niveau de compétence variable, pouvant aller du novice jusqu'à l'expert. L'utilisation de Parties Opératives (PO) réelles, en particulier de façon distante à travers le web, par des automaticiens, qui sont tous susceptibles de commettre des erreurs de conception, soulève des problèmes originaux à la fois théoriques de validation et de vérification de la commande mais aussi de prise en compte du concepteur. Ces problèmes, que l'on retrouve dans l'industrie, nécessitent une approche de l'automatisation prenant en compte la composante humaine (expert - formateur, concepteur - apprenant) du Système Homme-Machine. Les contributions développées dans cette thèse portent sur l'adaptation du système aux savoirs du concepteur et la sécurisation de l'installation. Concernant le premier point, il est mis en évidence l'importance pédagogique de travailler sur toute l'installation plutôt que sur une partie. Une approche méthodologique est proposée, et consiste à décomposer fonctionnellement la PO en vue de pouvoir adapter le cahier des charges au concepteur, tout en conservant la vision globale du système manufacturier. Concernant le second point, deux approches sont envisagées pour assurer la sécurité de la Partie Opérative. La première, hors ligne, repose sur des travaux antérieurs de l'équipe « SED et Supervision du CReSTIC » dans le domaine de la synthèse par Ramadge et Wonham pour l'obtention d'une commande sûre, robuste et sans blocage. Celle-ci a été adaptée pour assurer d'une part que les modèles de PO et de spécifications sont justes, et d'autre part que la commande proposée respecte le comportement maximum admissible par le système, compte tenu des spécifications du cahier des charges. La seconde approche, en ligne, utilise un filtre, qui consiste à n'envoyer vers la PO que des commandes validées. La principale difficulté de ce type d'approche réside dans les spécifications du filtre, et dans son implémentation. Une structure de filtre à 2 niveaux, ayant des capacités explicatives pour le concepteur, est proposée. Le premier appelé « filtre de validation système » permet de sécuriser la PO et repose sur la spécification de contraintes logiques. Le second appelé « filtre de validation fonctionnel » permet de vérifier le respect du cahier des charges et n'a pas été développé dans cette thèse. Une erreur au niveau de la définition des spécifications de sécurité entraîne une validation de la commande erronée et met ainsi le système en danger. L'approche proposée pour s'assurer que les contraintes sont correctement définies, consiste à vérifier formellement, avant l'implémentation dans l'Automate Programmable Industriel (API), au moyen du model-checker UPPAAL, qu'elles sont nécessaires et suffisantes pour éviter toutes situations de détérioration de l'installation (éléments de PO et produit), et cela en considérant la commande la plus permissive possible. Le filtre de validation système revient à garantir un filtrage « robuste » sécuritaire des commandes. Deux applications du filtre « robuste » de commande sont présentées et permettent de montrer d'une part l'intérêt des concepts, méthodes et outils proposés et d'autre part leur applicabilité. La première concerne un système réel de conditionnement de médicaments. L'approche de sécurisation de la PO et d'adaptation au concepteur est mise en ?uvre. Celle-ci a été testée et son intérêt montré au moyen d'expérimentations menées avec des automaticiens novices et plus expérimentés. La seconde application concerne une simulation de magasin automatisé. Le filtre est utilisé dans ce cas, non pas pour éviter les détériorations, mais pour apporter des explications. Ces exemples mettent aussi en évidence les limites et les perspectives de ces travaux.

Ce travail est une contribution à la commande des systèmes manufacturiers et plus particulièrement à leur reconfiguration dynamique. En cas de reconfiguration, l'idée de base est de synthétiser les contrôleurs de commande en tenant compte d'une part des besoins de l'utilisateur et d'autre part de l'état du système. L'approche proposée est inspirée de la théorie du supervisory control, mais est adaptée à l'exploitation du formalisme des réseaux de Petri.<br />Dans ce travail, nous proposons un nouveau problème pour la modélisation des spécifications utilisateurs : le « Problème des Séquences Interdites de Transitions d'États» (PSITE). Nous proposons alors le « Graphe d'Accessibilité Synchrone Contraint » (GASC) pour synthétiser le modèle du procédé et le modèle des spécifications tous les deux basés sur les RdPs. Pour réaliser la synthèse, nous utilisons la théorie des régions revisitée par les travaux de thèse de A. Gaffari. <br />Dans la deuxième partie du travail nous montrons dans un premier temps que cette approche peut être utilisée pour la synthèse d'allocateurs de ressources, pour rendre déterministe l'interprétation de gammes opératoires. L'idée à ce niveau est de pouvoir synthétiser des contrôleurs déterministes qui mettent en œuvre un ordonnancement cyclique donné, établi en tenant compte de l'état du procédé et des objectifs de production. Ce travail est complété par la proposition d'un outil logiciel dont nous présentons le fonctionnement, l'intérêt et également les limites actuelles.

Le développement et l’application des langages formels sont un défi à long terme pour la science informatique. Un enjeu particulier est l’acceptation par l’industrie. Cette thèse présente une approche pour la modélisation et la vérification des postes d’aiguillage français. La première question est la modélisation du système d’enclenchement par les réseaux de Petri colorés (RdPC). Un cadre de modélisation générique et compact est introduit, dans lequel les règles d’enclenchement sont modélisées dans une structure hiérarchique, tandis que les installations sont modélisées dans une perspective géographique. Ensuite, un patron de modèle est présenté. C’est un modèle paramétré qui intègre les règles nationales françaises qui peut être appliquée pour différentes gares. Puis, un concept basé sur l’événement est présenté dans le processus de modélisation des parties basses des postes d’aiguillage. La deuxième question est la transformation des RdPCs en machines B, qui va aider les concepteurs sur la route de l’analyse à application. Tout d’abord, une méthodologie détaillée, s’appuyant sur une table de correspondance, du RdPCs non-hiérarchiques vers les notations B est présentée. Ensuite, la hiérarchie et la priorité des transitions du RdPC sont successivement intégrées dans le processus de mapping, afin d’enrichir les possibilités de types de modèles en entrées de la transformation. Les machines B produites par la transformation permettent la preuve automatique intégrale par l’Atelier B. L’ensemble de ces travaux, chacun à leur niveau, contribuent à renforcer l’efficacité d’un cadre global d’analyse sécuritaire / Development and application of formal languages are a long-standing challenge within the computer science domain. One particular challenge is the acceptance of industry. This thesis presents some model-based methodologies for modelling and verification of the French railway interlocking systems (RIS). The first issue is the modellization of interlocking system by coloured Petri nets (CPNs). A generic and compact modelling framework is introduced, in which the interlocking rules are modelled in a hierarchical structure while the railway layout is modelled in a geographical perspective. Then, a modelling pattern is presented, which is a parameterized model respecting the French national rules. It is a reusable solution that can be applied in different stations. Then, an event-based concept is brought into the modelling process of low-level part of RIS to better describe internal interactions of relay-based logic. The second issue is the transformation of coloured Petri nets into B machines, which can help designers on the way from analysis to implementation. Firstly, a detailed mapping methodology from non-hierarchical CPNs to abstract B machine notations is presented. Then the hierarchy and the transition priority of CPNs are successively integrated into the mapping process, in order to enrich the adaptability of the transformation. This transformation is compatible with various types of colour sets and the transformed B machines can be automatically proved by Atelier B. All these works at different levels contribute towards a global safe analysis framework

Le travail présenté dans ce mémoire concerne une démarche de conception appliquée à une gestion modale pour les systèmes à événements discrets (SED). Un mode est une configuration particulière du système où celui-ci exploite un ensemble de composants et doit respecter un ensemble de spécifications. La problématique de la gestion de mode porte principalement sur la conception des modes et sur leurs commutations. Notre objectif est de proposer une démarche de conception complètement définie où les spécifications sont assurément respectées, et où seules les commutations désirées entre modes peuvent se produire. Il est également vérifié que toute commutation dans un mode mène de manière sûre dans un autre mode. Pour réaliser cet objectif, nous utilisons la théorie de contrôle par supervision qui permet de concevoir des modèles sûrs par construction tel que les spécifications utilisées pour la construction soient respectées. La démarche proposée possède plusieurs étapes séparant ainsi les différentes études de conception. La première concerne la formalisation du cahier des charges en modèles automate à états. L'étude suivante concerne le comportement interne où celui-ci doit respecter les spécifications propres aux modes, indépendamment des autres modes. Cette étape valide le comportement de chaque mode, avant d'étudier leurs commutations. La troisième étape étudie le comportement commutatif tel que les spécifications de commutations soient respectées. Cette étape spécifie les commutations désirées, et inversement celles non voulues. L'étape suivante est l'exécution d'une fonction de suivi de trajectoire qui vérifie que toutes les commutations mènent bien dans un autre mode. Dans le cas contraire, la fonction de suivi identifie et caractérise les commutations problématiques afin d'aider le concepteur dans la résolution de ces situations. Enfin, une étape de fusion d'états finalise la démarche afin de fournir un modèle par mode qui représente le comportement de celui-ci. Pour montrer l'applicabilité de la démarche proposée, et sa faculté à être utilisée en milieu industriel, nous l'utilisons sur un exemple de taille importante utilisée dans la littérature.