Actuellement, de nombreuses entreprises ont besoin de construire des versions\variantes légèrement différentes d'un même système. Ces versions partagent des points communs et des différences, le tout pouvant être géré à l'aide d'une approche ligne de produits (SPL). L'objectif principal d'une SPL est d'exploiter la personnalisation de masse, dans laquelle les produits sont réalisés pour répondre aux besoins spécifiques de chaque client. Pour répondre à ce besoin de personnalisation, les systèmes doivent être étendus de manière efficace, ou modifiés, configurés pour être utilisé dans un contexte particulier. Une approche encourageante consiste à connecter l'approche MDE (l'ingénierie dirigée par les modèles) à l'approche SPL – les SPL basées sur les modèles (MSPL). L'espace de conception, l'environnement du système logiciel que l'on construit (i.e., l'ingénierie du domaine) d'une MSPL est extrêmement complexe à gérer pour un ingénieur. Tout d'abord, le nombre possible des produits d'une MSPL est exponentielle au nombre d'éléments ou de décisions exprimé dans le modèle de variabilité. Ensuite, les modèles de produits dérivés doivent être conformes à de nombreuses règles liées au domaine métier mais aussi aux langages de modélisation utilisés. Troisièmement, le modèle de réalisation qui relie un modèle de variabilité et un modèle de base peut être très expressif. En plus, il faut ajouter que les ingénieurs système utilisent différents langages de modélisation dédiés dans le cadre de projets pour la réalisation de systèmes critiques. Nos contributions sont basées sur le fait qu'une solution générique, pour tous les domaines, et qui dérive des modèles corrects n'est pas réaliste, surtout si on prend en considération le contexte des systèmes complexes décrits précédemment. Nous proposons une approche indépendante du domaine pour générer des contre-exemples de MSPLs, révélant des erreurs de conceptions de modèles et supportant les parties prenantes à construire de meilleures MSPLs et des mécanismes de dérivation plus efficaces. Plus précisément, la première et principale contribution de la thèse est un processus systématique et automatisé, basé sur CVL (common variability language), pour la recherche aléatoire de contre-exemples de MSPL dans un langage donné. La seconde contribution de la thèse est un étude sur les mécanismes pour étendre la sémantique des moteurs de dérivation, offrant une approche basée sur des modèles à fin de personnaliser leurs sémantique opérationnelle. Dans la troisième contribution de la thèse, nous présentons une étude empirique à large échelle sur le langage Java en utilisant notre approche générative. La quatrième et dernière contribution de la thèse est une méthodologie pour intégrer notre travail dans une organisation qui cherche à mettre en œuvre les lignes de produit logiciels basées sur des modèles pour l'ingénierie des systèmes. / Systems Engineering is a complex and expensive activity in several kinds of companies, it imposes stakeholders to deal with massive pieces of software and their integration with several hardware components. To ease the development of such systems, engineers adopt a divide and conquer approach : each concern of the system is engineered separately, with several domain specific languages (DSL) and stakeholders. The current practice for making DSLs is to rely on the Model-driven Engineering (MDE. On the other hand, systems engineering companies also need to construct slightly different versions/variants of a same system; these variants share commonalities and variabilities that can be managed using a Software Product Line (SPL) approach. A promising approach is to ally MDE with SPL – Model-based SPLs (MSPL) – in a way that the products of the SPL are expressed as models conforming to a metamodel and well-formedness rules. The Common Variability Language (CVL) has recently emerged as an effort to standardize and promote MSPLs. Engineering an MSPL is extremely complex to an engineer: the number of possible products is exponential; the derived product models have to conform to numerous well- formedness and business rules; and the realization model that connects a variability model and a set of design models can be very expressive specially in the case of CVL. Managing variability models and design models is a non-trivial activity. Connecting both parts and therefore managing all the models is a daunting and error-prone task. Added to these challenges, we have the multiple different modeling languages of systems engineering. Each time a new modeling language is used for developing an MSPL, the realization layer should be revised accordingly. The objective of this thesis is to assist the engineering of MSPLs in the systems engineering field, considering the need to support it as earlier as possible and without compromising the existing development process. To achieve this, we provide a systematic and automated process, based on CVL, to randomly search the space of MSPLs for a given language, generating counterexamples that can server as antipatterns. We then provide ways to specialize CVL’s realization layer (and derivation engine) based on the knowledge acquired from the counterexamples. We validate our approach with four modeling languages, being one acquired from industry; the approach generates counterexamples efficiently, and we could make initial progress to increase the safety of the MSPL mechanisms for those languages, by implementing antipattern detection rules. Besides, we also analyse big Java programs, assessing the adequacy of CVL to deal with complex languages; it is also a first step to assess qualitatively the counterexamples. Finally, we provide a methodology to define the processes and roles to leverage MSPL engineering in an organization.

Avec la construction des robots de plus en plus complexes, la croissance des architectures logicielles robotiques et l’explosion de la diversité toujours plus grande des applications et misions des robots, la conception, le développement et l’intégration des entités logicielles des systèmes robotiques, constituent une problématique majeure de la communauté robotique. En effet, les architectures logicielles robotiques et les plateformes de développement logiciel pour la robotique sont nombreuses, et sont dépendantes du type de robot (robot de service, collaboratif, agricole, médical, etc.) et de son mode d'utilisation (en cage, d’extérieur, en milieu occupé, etc.). L’effort de maintenance de ces plateformes et leur coût de développement sont donc considérables.Les roboticiens se posent donc une question fondamentale : comment réduire les coûts de développement des systèmes logiciels robotiques, tout en augmentant leur qualité et en préservant la spécificité et l’indépendance de chaque système robotique? Cette question induit plusieurs autres : d’une part, comment décrire et encapsuler les diverses fonctions que doit assurer le robot, sous la forme d’un ensemble d’entités logicielles en interaction? Et d’autre part, comment conférer à ces entités logicielles, des propriétés de modularité, portabilité, réutilisabilité, interopérabilité, etc.?A notre avis, l’une des solutions les plus probables et prometteuses à cette question consiste à élever le niveau d’abstraction dans la définition des entités logicielles qui composent les systèmes robotiques. Pour ce faire, nous nous tournons vers l’ingénierie dirigée par les modèles, et plus particulièrement la conception des DSML (Domain Specific Modeling Language).Dans cette thèse, nous réalisons dans un premier temps, une étude comparative des langages de modélisation et de méthodes utilisés dans le développement des systèmes embarqués temps réel en général. L’objectif de ce premier travail étant de voir s’il en existe qui puissent permettre de répondre aux questions susmentionnées des roboticiens. Cette étude, non seulement nous montre que ces approches ne sont pas adaptées à la définition des architectures logicielles robotiques, mais elle aboutit surtout à unFramework, que nous proposons et qui aide à choisir la (les) méthode(s) et/ou le(s) langage(s) de modélisation le(s) plus adapté(s) aux besoins du concepteur. Par la suite, nous proposons un DSML baptisé RsaML (Robotic Software Architecture Modeling Language), pour la définition des architectures logicielles robotiques avec prise en compte de propriétés temps réel. Pour ce faire, un méta-modèle est proposé à partir des concepts que les roboticiens ont l’habitude d’utiliser pour la définition de leurs applications. Il constitue la syntaxe abstraite du langage. Les propriétés temps réel sont identifiées à leur tour et incluses dans les concepts concernés. Des règles sémantiques du domaine de la robotique sont ensuite définies sous forme de contraintes OCL, puis intégrées au méta-modèle, pour permettre que des vérifications de propriétés non fonctionnelles et temps réel soient effectuées sur les modèles construits. Le Framework de modélisation EMF d’Eclipse a été utilisé pour mettre en oeuvre un éditeur qui supporte le langage RsaML.La suite des travaux réalisés dans cette thèse a consisté à définir des transformations de modèles, puis à les utiliser pour implémenter des générateurs. Ces derniers permettent à partir d’un modèle RsaML construit, d’une part, de produire sa documentation et, d’autre part, de produire du code source en langage C. Ces contributions sont validées à travers un cas d’étude décrivant un scénario basé sur le robot Khepera III. / With the construction of increasingly complex robots, the growth of robotic software architectures and the explosion of ever greater diversity of applications and robots missions, the design, development and integration of software entities of robotic systems, constitute a major problem for the robotics community. Indeed, robotic software architectures and software development platforms for robotics are numerous, and are dependent on the type of robot (service robot, collaborative, agricultural, medical, etc.) and its usage mode (In cage, outdoor, environment with obstacles, etc.).The maintenance effort of these platforms and their development cost are therefore considerable.Roboticists are therefore asking themselves a fundamental question: how to reduce the development costs of robotic software systems, while increasing their quality and preserving the specificity and independence of each robotic system? This question induces several others: on the one hand, how to describe and encapsulate the various functions that the robot must provide, in the form of a set of interactive software entities? And on the other hand, how to give these software entities, properties of modularity, portability, reusability, interoperability etc.?In our opinion, one of the most likely and promising solutions to this question, is to raise the level of abstraction in defining the software entities that make up robotic systems. To do this, we turn to model-driven engineering, specifically the design of Domain Specific Modeling Language (DSML).In this thesis, we first realize a comparative study of modeling languages and methods used in the development of embedded real time systems in general. The objective of this first work is to see if there are some that can make it possible to answer the aforementioned questions of the roboticists. This study not only shows that these approaches are not adapted to the definition of robotic software architectures, but mainly results in a framework, which we propose and which helps to choose the method (s) and / or the modeling language (s) best suited to the needs of the designer. Subsequently, we propose a DSML called Robotic Software Architecture Modeling Language (RsaML), for the definition of robotic software architectures with real-time properties. To do this, a meta-model is proposed from the concepts that roboticists are used to in defining their applications. It constitutes the abstract syntax of the language. Real-time properties are identified and included in the relevant concepts. Semantic rules in the field of robotics are then defined as OCL constraints and then integrated into the meta-model, to allow non-functional and realtime property checks to be performed on the constructed models.Eclipse Modeling Framework has been used to implement an editor that supports the RsaML language. The rest of the work done in this thesis involved defining model transformations and then using them to implement generators. These generators make it possible from a RsaML model built, to produce its documentation and source code in C language. These contributions are validated through a case study describing a scenario based on the Khepera III robot.