Les travaux de cette thèse concernent la gestion de connaissances au sein des processus techniques d'Ingénierie Système (IS). Ces processus peuvent être considérés comme un espace de création continue de connaissances faisant appel à des savoir-faire multi-métiers et produisant de nombreux « artefacts », allant des spécifications aux composants logiciels et matériels jusqu'au système lui-même, et présentant des degrés très divers de formalisation. A ces éléments, il convient d'ajouter les alternatives de solutions et les justifications de décisions, pour constituer, au final, un ensemble der connaissances métiers implicites aujourd'hui très peu valorisées dans les organisations, et que ces dernières cherchent actuellement à réutiliser au mieux au cours de projets ultérieurs. Pour fournir des éléments de réponse à cette problématique nous proposons un cadre ontologique générique dédié à la modélisation formelle et consensuelle des savoir-faire métiers de l'IS. Nous analysons ensuite l'application de ce cadre à la description des expériences de projets d'ingénierie que nous dénommons Connaissances Métiers Situées (CMS). Pour gérer ces expériences nous proposons d'une part, un modèle de capitalisation de CMS sous forme d'annotations sémantiques des dimensions situation, but, choix et décisions d'ingénierie. Et d'autre part, un modèle de partage de CMS suggérant les expériences potentiellement utiles au cours de projets ultérieurs. Les propositions conceptuelles de cette thèse ont été opérationnalisées à l'aide du formalisme des Graphes Conceptuels et appliquées dans le domaine de l'Ingénierie de Systèmes de défense.

La thématique de recherche abordée porte sur « l'étude et la mise en œuvre d'environnements d'assistance pour les acteurs de la conception, dans un contexte de conduite de la conception ». L'approche GRAI pour la conception a fourni un cadre conceptuel et méthodologique permettant d'intégrer différents points de vue essentiels pour maîtriser les processus de conception. Ont ainsi été explorés trois axes complémentaires sous-tendant une vision globale des problématiques industrielles :<br />- l'axe "système", qui fait appel à la systémique et à la modélisation d'entreprise, mais aussi aux aspects socio-techniques liés aux relations entre les acteurs au sein d'équipes et de groupes et aux compétences individuelles et collectives, dans le but de considérer le système de conception dans son ensemble, son organisation et les processus métiers ;<br />- l'axe "environnements d'assistance/outils", dans lequel sont proposés des outils informatiques répondant à des besoins métiers et des systèmes d'information transverses destinés à accompagner le pilotage de la conception et les acteurs collaborant lors d'un développemet de produit ; les systèmes PLM sont évidemment concernés par ces travaux ;<br />- l'axe "acteurs", qui permet d'intégrer le facteur humain par l'étude des mécanismes collaboratifs entre les acteurs et la modélisation des connaissances, qui viennent compléter les solutions méthodologiques et informatiques élaborées dans les 2 axes précédents.

Parmi les systèmes a base de connaissances fondes sur des techniques d'intelligence artificielle nous nous intéressons plus particulièrement aux systèmes de seconde génération (systèmes a schémas de raisonnement multiples) de type multi-agent. Le paradigme multi-agent est issu des approches de l'intelligence artificielle distribuée et permet de pallier les limitations rencontrées lors de la resolution de problèmes complexes. Le but de ce travail est d'analyser le raisonnement, et plus particulièrement d'aborder son étude en univers multi-agent. Il convient de préciser que celui-ci n'est pas un concept indépendant en lui-même: il est au contraire étroitement lie a d'autres problématiques telles que l'étude et la représentation des connaissances, la spécification des structures de contrôle, des protocoles de communication et d'allocation des taches ou le degré de sophistication de l'architecture interne des agents. Pour ce fait deux typologies originales, issues de l'étude approfondie de la connaissance et du raisonnement, seront proposées au long de cette thèse: l'une a caractère formelle l'autre a caractère technologique. La typologie formelle pour la classification des connaissances et du raisonnement permet une vue synthétique d'éléments souvent présentes de façon éparse et s'avère un outil d'assistance a la modélisation des connaissances et des raisonnements. La typologie technologique prend en compte les paramètres régissant les raisonnements propres a la technologie multi-agent non seulement au niveau individuel de l'agent mais aussi ceux développés au sein du groupe d'agents. Ces travaux ont contribue a la conception du système multi-agent kids (knowledge based image diagnosis system), système multi-agent dédié a l'interprétation d'images biomédicales. Ce système, par la variété des formes de connaissances et de raisonnement engages, illustre l'intérêt des typologies formelle et technologique proposées

Aujourd'hui, l'informatisation des saisies de données et la puissance des systèmes de collecte conduisent à la construction de grandes Bases de Données (BD). L'exploitation de ces millions de données en accidentologie et dans beaucoup d'autres domaines (e.g. management, marketing, etc.) fait appel à des techniques d'Extraction de Connaissances de Données (ECD). La complexité des données, du domaine d'application et des connaissances recherchées rendent fondamentale l'intégration des connaissances expertes dans le processus d'ECD. Cela nécessite la mise en place d'approches, méthodes et techniques d'identification, de représentation et d'opérationnalisation de ces connaissances.<br />Dans ce travail de thèse, nous proposons une nouvelle approche, appelée SAFE-Next (Systemic Approach For Enhanced kNowledge EXTraction, approche systémique pour l'extraction des connaissances) qui intègre les quatre approches suivantes : La première est appelée ASMEC (Approche Systémique de ModElisation des Connaissances). Elle consiste en une méthode de modélisation des connaissances multi-vues et selon une architecture à plusieurs niveaux d'abstraction. La deuxième approche, AICEF (Approche d'Incorporation des Connaissances Expertes dans la Fouille de données), propose l'élaboration et l'utilisation de méta-données multi-vues comme un moyen pour l'incorporation des connaissances formalisées par ASMEC dans le processus d'ECD. La troisième approche, ASAIC (Approche Systémique d'Analyse d'Impact de Changement), utilise le modèle de connaissances d'ASMEC pour une analyse interactive et multi-vues de l'impact d'un changement sur un système. La quatrième approche, ASEM (Approche Systémique d'Evaluation de Modèles), fournit un modèle général d'évaluation de modèles de connaissances. <br />Les fondements épistémologiques et méthodologiques de nos travaux sont respectivement le constructivisme et la systémique (ou cybernétique). En se basant sur ces fondements, nos travaux de recherche ont conduit à des contributions réparties en quatre domaines : En accidentologie, SAFE-Next fournit un outil efficace pour l'élaboration des STA permettant une meilleure analyse et compréhension de l'accident. Elle fournit aussi un moyen de capitalisation des connaissances offrant une vision synthétique des différents types de connaissances du domaine de l'accidentologie. En Ingénierie des Connaissances (IC), SAFE-Next propose un modèle général multi-vues et multi-niveaux d'abstraction de modélisation des connaissances pour le développement des Systèmes à Base de Connaissances (SBC). Elle permet aussi de guider l'élicitation des connaissances selon un modèle multi-vues. En ECD, SAFE-Next propose l'utilisation des métadonnées multi-vues pour l'incorporation des connaissances expertes du domaine dans la première et la dernière phase du processus d'ECD (i.e. préparation des données et interprétation des résultats). En conception de nouveaux systèmes, SAFE-Next fournit à travers les STA un moyen de communication entre les accidentologistes et les concepteurs des systèmes de sécurité embarqués dans les véhicules. Cette interface entre les deux métiers (i.e. conception et accidentologie) permet la construction de l'espace de conception pour développer et évaluer les systèmes de sécurité. Elle offre aussi un moyen d'analyse de l'impact d'un changement (e.g. introduction d'un nouveau système de sécurité) sur le comportement du système Conducteur-Véhicule-Environnement.

Au cours de la dernière décennie, nous avons assisté à une croissance exponentielle de documents numériques et de ressources multimédias, y compris une présence massive de ressources vidéo. Les vidéos sont devenu de plus en plus populaire grâce au contenue riche à l'audio riche qu'elles véhiculent (contenu audiovisuelle et textuelle). Les dernières avancées technologiques ont rendu disponibles aux utilisateurs cette grande quantité de ressources multimédias et cela dans une variété de domaines, y compris les domaines académiques et scientifiques. Toutefois, sans techniques adéquates se basant sur le contenu des multimédia, cette masse de donnée précieuse est difficilement accessible et demeure en vigueur inutilisable. Cette thèse explore les approches sémantiques pour la gestion ainsi que la navigation et la visualisation des ressources multimédias générées par les conférences scientifiques. Un écart, que l'on appelle sémantique, existe entre la représentation des connaissances explicites requis par les utilisateurs qui cherchent des ressources multimédias et la connaissance implicite véhiculée le long du cycle de vie d'une conférence. Le but de ce travail est de fournir aux utilisateurs une plateforme qui améliore la recherche de l'information multimédia des conférences en diminuant cette distance sémantique. L'objectif de cette thèse est de fournir une nouvelle approche pour le contenu multimédia basé sur la recherche d'information dans le domaine des conférences scientifiques.

Les Jeux Sérieux (Serious Games) sont des jeux vidéo qui sont conçus avec un objectif premier qui n'est pas le divertissement. Les jeux sérieux sont de plus en plus utilisés dans le domaine de la santé en tant qu'outil éducatif dans le cadre de la formation à la médecine, ou pour aider au rétablissement des patients. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception d'un jeu sérieux pour la formation des médecins généralistes, en nous intéressant tout particulièrement à l'apprentissage des compétences communicationnelles et interpersonnelles qui jouent un rôle très important dans le métier de médecin, et qui sont assez peu présentes dans les programmes des cursus de formation. Nous nous intéressons en particulier aux méthodologies de conception d'un tel jeu qui doit délivrer un contenu utilitaire tout en équilibrant apprentissage et divertissement. Afin de mener ce travail, nous présentons dans la première partie de la thèse une analyse des méthodes existantes de conception de jeux sérieux en étudiant en particulier les mécanismes permettant de motiver le joueur ainsi que les principaux design patterns de conception. Nous expliquons en quoi les jeux sérieux nécessitent une architecture particulière dont la principale caractéristique est de séparer clairement les concepts nécessaires à l'apprentissage de ceux liés à l'aspect ludique. Nous proposons ensuite une modélisation de la consultation médicale qui en plus de rendre compte du processus métier auquel elle correspond, permet de représenter les différents éléments nécessaires à l'implémentation algorithmique d'un moteur de dialogue entre un joueur et un patient virtuel. Cette modélisation utilise les ontologies pour décrire les connaissances impliquées et nous montrons comment un scénario de consultation médicale peut se décrire en termes d'instances de ces ontologies. Ces ontologies incluent quatre niveaux qui décrivent le profil du patient, le résultat de consultation, le scénario et la phrase. Cette description est accessible aux experts formateurs qui disposent donc d'un outil leur permettant de définir les objectifs pédagogiques que le joueur-apprenant doit atteindre au cours de la simulation. Ces analyses sont enfin appliquées au cas de la consultation médicale et nous décrivons l'architecture d'un jeu que nous avons conçu appelé AgileDoctor. Ce jeu a pour objectif de permettre à un apprenant de jouer le rôle d'un médecin qui mène des consultations médicales en accueillant des patients aux profils divers. / Serious games are games designed for a primary purpose other than pure entertainment. More and more, serious games are developed and used in the health area as educational tools dedicated to medical knowledge training, or helping with the recovery of the patients. Communication and interpersonal skills for general practitioners in medical consultation play an important role in providing high-quality health care and establishment of good doctor-patient relationship. However, specific trainings on communication skills for doctors and medical school students are often overlooked. Comparing to traditional training approaches by using role-playing and standardized patients, an educational tool in form of a game can maximize the variety of scenario, reduce the limitation and enhance learner's motivation. For the above purposes, in this thesis we are interested in the design of a serious game for training general practitioners, in particular on communication skills learning. We are particularly interested in design methodologies of such a game, which is able to deliver a utility content while balancing learning and entertainment. To conduct this work, firstly we present an analysis of existing methods of serious games design by studying the mechanisms to motivate the player as well as the main design patterns. We explain how serious games require a special architecture in the design phase whose main characteristic is to clearly separate the concepts necessary for learning to those associated with the fun aspect. We then propose a model of medical consultation based on our analyses of identification of key concepts in the medical consultation process. This model is used to represent the different elements required for algorithmic implementation of a dialogue engine between a doctor and a patient. Our modeling uses ontologies to describe involved domain knowledge and show how a medical consultation scenario can be described in terms of instances of these ontologies. The proposed ontologies include four levels which describe the patient's profile, the result of consultation, the scenario and the phrase respectively. This description is available to the trainers and domain experts by using the authoring tool thus allows them to define the educational objectives for the player-learner during the simulation process. Finally these models are implemented and applied to the case of medical consultation. We represent the architecture of a serious game that we've designed called AgileDoctor. This game aims to enable a learner to play the role of a doctor who conducts medical consultations facing the patients of various profiles.

Renforcés par les avancées technologiques des « Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication (STIC) », les Travaux Pratiques électroniques « e-TP » sont devenus un mode d’enseignement incontournable surtout dans les disciplines techniques et scientifiques. Plusieurs modes d’e-TP ont émergé : TP virtuel, TéléTP, TP présentiel assisté par ordinateur, TP en réalité augmentée... ces derniers modes nécessitant l'usage de dispositifs matériels (maquette pédagogique, appareils de mesure, robots, etc.). Dans la majorité des cas, avant ou même pendant une session d'e-TP, il est nécessaire de (re)configurer ces dispositifs selon des besoins pédagogiques. Cette reconfiguration nécessite, pour des systèmes complexes, comme les Systèmes Automatisés de Production (SAP), des compétences que l'instructeur ne possède pas systématiquement. Ce qui impose la présence d'un technicien ou limite le nombre d'instructeurs susceptibles d'utiliser la plate-forme pédagogique. Ce travail de recherche a pour objectif de faciliter la (re)configuration de systèmes complexes, particulièrement les SAP, dans le cadre d'e-TPs. Une première enquête auprès des utilisateurs de l’« AIP-Priméca-RAO » (situé à l’INSA de Lyon) a révélé les besoins et contraintes liés à une plate-forme de ce type. Il s'est avéré qu'au-delà de la (re)configuration, l'absence d'outil commun de gestion des ressources pédagogiques faisait perdre un temps précieux aux utilisateurs. Ce constat a nourri la conception d'un outil informatique gérant une chaîne éditoriale dont le but est de simplifier la création, l’édition, l’assemblage, l’organisation et la réutilisation des différentes ressources à exploiter dans une session d’e-TP. Cet outil a également pour objectif d’améliorer l’autonomie de l’instructeur lors de la préparation de sessions d’e-TP tout en réduisant le temps requis pour configurer cette session. Cela a impliqué d’automatiser le processus de reconfiguration du SAP support d'e-TP, et de publication des scénarios pédagogiques sur un système de gestion d’apprentissage « LMS » (Learning Management System). Un prototype a été développé et testé sur des e-TPs réels afin de valider cette conception. Cet outil pourrait, ultérieurement, être rendu plus générique afin de servir des e-TPs dans d'autres disciplines. / Powered by the technological advances of the “Information and communication sciences and technologies”, the Electronic Laboratory for Practical Training “ELab” (also known as ELab hands-on training) has become an inescapable teaching mode especially in the technical and scientific disciplines. Thus, several ELab modes have emerged: virtual ELab, remote ELab, Local Elab, augmented reality ELab, etc. The latter require the use of hardware devices (educational mock ups, measuring instruments, robots, etc.). In most cases, before or during an ELab session, these devices need to be reconfigured according to teaching purposes. For complex systems, like Automated Production Systems (APS), this reconfiguration process requires technical skills which the instructor does not have systematically. This imposes that a technician should be available, failing which the usage of the pedagogical platform will be limited to a few skilled instructors. Accordingly, this research aims at facilitating the reconfiguration process of complex systems (particularly the APS) featuring ELabs. A first survey designated to the users of « AIP-Priméca-RAO », located at the INSA de Lyon, has revealed the needs and constraints related to such a platform. It has been highlighted that beyond the (re)configuration process, a waste of precious time was detected. It has been established that it was due to the absence of a common tool for pedagogical resource management. This observation fed the design of a software tool managing an editorial chain aiming at simplifying creation, edition, assembling, organization, and the reutilization of different resources that can be exploited in an ELab session. This tool is also intended to improve the autonomy of the instructor during the preparation of an ELab session, by reducing the required time to configure this session. This implies to automate the reconfiguration process of an APS supporting the ELab and the publishing of the pedagogical learning scenarios on a Learning Management System (LMS). In order to validate this design, a prototype has been developed and tested on real Elab cases. Subsequently, this tool could be rendered more generic so that it can serve Elabs in different disciplines.

Les imperfections inhérentes aux processus et procédés de fabrication entraînent une dégradation des caractéristiques fonctionnelles, et donc de la qualité du produit. Afin d'assurer un certain niveau de qualité, la synthèse des tolérances vise à déterminer les limites acceptables des caractéristiques des pièces et des assemblages. L'allocation ou la synthèse des tolérances fonctionnelles est une importante étape du processus de conception qui se situe généralement durant la conception détaillée et impacte énormément la conception du processus de fabrication, la fabrication et le contrôle du produit. Il est donc important, lors de la détermination des tolérances fonctionnelles, de prendre en compte l'impact de celles-ci sur le coût de fabrication du produit et sur la qualité du produit. Ces deux notions (coût de fabrication et qualité du produit) sont généralement antinomiques. L'approche proposée vise à allouer les tolérances fonctionnelles qui offrent le meilleur équilibre performance fonctionnelle / coût de fabrication. Elle est basée sur l'approche par « Key Characteristics » développée par Boeing couplée avec une approche par activités inspirée de l'« Activity Based Costing » et adaptée aux besoins de la sélection et l'analyse de processus de fabrication. Afin de quantifier cet équilibre, ces travaux proposent la définition d'un indicateur de performance d'une allocation de tolérances : le coût pondéré qualité, et une solution d'optimisation discrète de l'allocation : la démarche ABTA (Activity Based Tolerance Allocation). Celle-ci a été implémentée dans plusieurs maquettes informatiques afin de valider les mécanismes et méthodes qui la constituent.

Introduction : Établir un diagnostic médical fiable requiert l'identification de la maladie d'un patient sur la base de l'observation de ses signes et symptômes. Par ailleurs, les ontologies constituent un formalisme adéquat et performant de représentation des connaissances biomédicales. Cependant, les ontologies classiques ne permettent pas de représenter les connaissances liées au processus du diagnostic médical : connaissances probabilistes et connaissances imprécises et vagues. Matériel et méthodes : Nous proposons des méthodes générales de représentation des connaissances afin de construire des ontologies adaptées au diagnostic médical. Ces méthodes permettent de représenter : (a) Les connaissances imprécises et vagues par la discrétisation des concepts (définition de plusieurs catégories distinctes à l'aide de valeurs seuils ou en représentant les différentes modalités possibles). (b) Les connaissances probabilistes (les sensibilités et les spécificités des signes pour les maladies, et les prévalences des maladies pour une population donnée) par la réification des relations ayant des arités supérieures à 2. (c) Les signes absents par des relations et (d) les connaissances liées au processus du diagnostic médical par des règles SWRL. Un moteur d'inférences abductif et probabiliste a été conçu et développé. Ces méthodes ont été testées à l'aide de dossiers patients réels. Résultats : Ces méthodes ont été appliquées à trois domaines (les maladies plasmocytaires, les urgences odontologiques et les lésions traumatiques du genou) pour lesquels des modèles ontologiques ont été élaborés. L'évaluation a permis de mesurer un taux moyen de 89,34% de résultats corrects. Discussion-Conclusion : Ces méthodes permettent d'avoir un modèle unique utilisable dans le cadre des raisonnements abductif et probabiliste, contrairement aux modèles proposés par : (a) Fenz qui n'intègre que le mode de raisonnement probabiliste et (b) García-crespo qui exprime les probabilités hors du modèle ontologique. L'utilisation d'un tel système nécessitera au préalable son intégration dans le système d'information hospitalier pour exploiter automatiquement les informations du dossier patient électronique. Cette intégration pourrait être facilitée par l'utilisation de l'ontologie du système.

Le développement et l’usage croissants de systèmes pervasifs, dotés de fonctionnalités et de moyens de communication de plus en plus sophistiqués, offrent de fantastiques potentialités de services, en particulier pour l’e-Santé et la télémédecine, au bénéfice de tout citoyen, patient ou professionnel de santé. L’un des challenges sociétaux actuels est de permettre une meilleure exploitation des services disponibles pour l’ensemble des acteurs impliqués dans un domaine donné. Mais la multiplicité des services offerts, la diversité fonctionnelle des systèmes, et l’hétérogénéité des besoins nécessitent l’élaboration de modèles de connaissances de ces services, des fonctions de ces systèmes et des besoins. En outre, l’hétérogénéité des environnements informatiques distribués, la disponibilité et les capacités potentielles des diverses ressources humaines et matérielles (instrumentation, services, sources de données, etc.) requises par les différentes tâches et processus, la variété des services qui fournissent des données aux utilisateurs, et les conflits d’interopérabilité entre schémas et sources de données sont autant de problématiques que nous avons à considérer au cours de nos travaux de recherche. Notre contribution vise à optimiser la qualité de services en environnement ambiant et à réaliser une exploitation intelligente de ressources ubiquitaires. Pour cela, nous proposons un méta-modèle de connaissances des principaux concepts à prendre en compte en environnement pervasif. Ce méta-modèle est basé sur des ontologies décrivant les différentes entités précitées dans un domaine donné ainsi que leurs relations. Puis, nous l’avons formalisé en utilisant un langage standard de description des connaissances. A partir de ce modèle, nous proposons alors une nouvelle méthodologie de construction d’un framework architectural, que nous avons appelé ONOF-PAS. ONOF-PAS est basé sur des modèles ontologiques, une base de règles, un moteur d’inférence, et des composants orientés objet permettant la gestion des différentes tâches et le traitement des ressources. Il s’agit d’une architecture générique, applicable à différents domaines. ONOF-PAS a la capacité d’effectuer un raisonnement à base de règles pour gérer les différents contextes d’utilisation et aider à la prise de décision dans des environnements hétérogènes dynamiques, tout en tenant compte de la disponibilité et de la capacité des ressources humaines et matérielles requises par les diverses tâches et processus exécutés par des systèmes d’information pervasifs. Enfin, nous avons instancié ONOF-PAS dans le domaine de la télémédecine pour traiter le scénario de l’orientation des patients ou de personnes victimes de problèmes de santé en environnement hostile telles que la haute montagne ou des zones géographiquement isolées. Un prototype d’implémentation de ces scénarios, appelé T-TROIE a été développé afin de valider le framework ONOF-PAS. / The growing development and use of pervasive systems, equipped with increasingly sophisticated functionalities and communication means, offer fantastic potentialities of services, particularly in the eHealth and Telemedicine domains, for the benifit of each citizen, patient or healthcare professional. One of the current societal challenges is to enable a better exploitation of the available services for all actors involved in a given domain. Nevertheless, the multiplicity of the offered services, the systems functional variety, and the heterogeneity of the needs require the development of knowledge models of these services, systems functions, and needs. In addition, the distributed computing environments heterogeneity, the availability and potential capabilities of various human and material resources (devices, services, data sources, etc.) required by the different tasks and processes, the variety of services providing users with data, the interoperability conflicts between schemas and data sources are all issues that we have to consider in our research works. Our contribution aims to empower the intelligent exploitation of ubiquitous resources and to optimize the quality of service in ambient environment. For this, we propose a knowledge meta-model of the main concepts of a pervasive environment, such as Actor, Task, Resource, Object, Service, Location, Organization, etc. This knowledge meta-model is based on ontologies describing the different aforementioned entities from a given domain and their interrelationships. We have then formalized it by using a standard language for knowledge description. After that, we have designed an architectural framework called ONOF-PAS (ONtology Oriented Framework for Pervasive Applications and Services) mainly based on ontological models, a set of rules, an inference engine, and object oriented components for tasks management and resources processing. Being generic, extensible, and applicable in different domains, ONOF-PAS has the ability to perform rule-based reasoning to handle various contexts of use and enable decision making in dynamic and heterogeneous environments while taking into account the availability and capabilities of the human and material resources required by the multiples tasks and processes executed by pervasive systems. Finally, we have instantiated ONOF-PAS in the telemedicine domain to handle the scenario of the transfer of persons victim of health problems during their presence in hostile environments such as high mountains resorts or geographically isolated areas. A prototype implementing this scenario, called T-TROIE (Telemedicine Tasks and Resources Ontologies for Inimical Environments), has been developed to validate our approach and the proposed ONOF-PAS framework.