[EN] Software development projects are diverse in nature. For this reason, software companies are often forced to define their methods in-house. In order to define methods efficiently and effectively, software companies require systematic solutions that are built upon sound methodical foundations. Providing these solutions is the main goal of the Method Engineering discipline. Method Engineering is the discipline to design, construct, and adapt methods, techniques, and tools for the development of information systems. Over the last two decades, a lot of research work has been performed in this area. However, despite its potential benefits, Method Engineering is not widely used in industrial settings. Some of the causes of this reality are the high theoretical complexity of Method Engineering and the lack of adequate software support. In this thesis, we aim to mitigate some of the problems that affect Method Engineering by providing a novel methodological approach that is built upon Model-Driven Engineering (MDE) foundations. The use of MDE enables a rise in abstraction, automation, and reuse that allows us to alleviate the complexity of our Method Engineering approach. Furthermore, by leveraging MDE techniques (such as metamodeling, model transformations, and models at runtime), our approach supports three phases of the Method Engineering lifecycle: design, implementation, and execution. This is unlike traditional Method Engineering approaches, which, in general, only support one of these phases. In order to provide software support for our proposal, we developed a Computer-Aided Method Engineering (CAME) environment that is called MOSKitt4ME. To ensure that MOSKitt4ME offered the necessary functionality, we identified a set of functional requirements prior to developing the tool. Then, after these requirements were identified, we defined the architecture of our CAME environment, and, finally, we implemented the architecture in the context of Eclipse. The thesis work was evaluated by means of a study that involved the participation of end users. In this study, MOSKitt4ME was assessed by means of the Technology Acceptance Model (TAM) and the Think Aloud method. While the TAM allowed us to measure usefulness and ease of use in a subjective manner, the Think Aloud method allowed us to analyze these measures objectively. Overall, the results were favorable. MOSKitt4ME was highly rated in perceived usefulness and ease of use; we also obtained positive results with respect to the users' actual performance and the difficulty experienced. / [ES] Los proyectos de desarrollo de software son diversos por naturaleza. Por este motivo, las compañías de software se ven forzadas frecuentemente a definir sus métodos de manera interna. Para poder definir métodos de forma efectiva y eficiente, las compañías necesitan soluciones sistemáticas que estén definidas sobre unos fundamentos metodológicos sólidos. Proporcionar estas soluciones es el principal objetivo de la Ingeniería de Métodos. La Ingeniería de Métodos es la disciplina que aborda el diseño, la construcción y la adaptación de métodos, técnicas y herramientas para el desarrollo de sistemas de información. Durante las dos últimas décadas, se ha llevado a cabo mucho trabajo de investigación en esta área. Sin embargo, pese a sus potenciales beneficios, la Ingeniería de Métodos no se aplica ampliamente en contextos industriales. Algunas de las principales causas de esta situación son la alta complejidad teórica de la Ingeniería de Métodos y la falta de un apropiado soporte software. En esta tesis, pretendemos mitigar algunos de los problemas que afectan a la Ingeniería de Métodos proporcionando una propuesta metodológica innovadora que está basada en la Ingeniería Dirigida por Modelos (MDE). El uso de MDE permite elevar el nivel de abstracción, automatización y reuso, lo que posibilita una reducción de la complejidad de nuestra propuesta. Además, aprovechando técnicas de MDE (como por ejemplo el metamodelado, las transformaciones de modelos y los modelos en tiempo de ejecución), nuestra aproximación da soporte a tres fases del ciclo de vida de la Ingeniería de Métodos: diseño, implementación y ejecución. Esto es a diferencia de las propuestas existentes, las cuales, por lo general, sólo dan soporte a una de estas fases. Con el objetivo de proporcionar soporte software para nuestra propuesta, implementamos una herramienta CAME (Computer-Aided Method Engineering) llamada MOSKitt4ME. Para garantizar que MOSKitt4ME proporcionaba la funcionalidad necesaria, definimos un conjunto de requisitos funcionales como paso previo al desarrollo de la herramienta. Tras la definción de estos requisitos, definimos la arquitectura de la herramienta CAME y, finalmente, implementamos la arquitectura en el contexto de Eclipse. El trabajo desarrollado en esta tesis se evaluó por medio de un estudio donde participaron usuarios finales. En este estudio, MOSKitt4ME se evaluó por medio del Technology Acceptance Model (TAM) y del método Think Aloud. Mientras que el TAM permitió medir utilidad y facilidad de uso de forma subjetiva, el método Think Aloud permitió analizar estas medidas objetivamente. En general, los resultados obtenidos fueron favorables. MOSKitt4ME fue valorado de forma positiva en cuanto a utilidad y facilidad de uso percibida; además, obtuvimos resultados positivos en cuanto al rendimiento objetivo de los usuarios y la dificultad experimentada. / [CA] Els projectes de desenvolupament de programari són diversos per naturalesa. Per aquest motiu, les companyies es veuen forçades freqüenment a definir els seus mètodes de manera interna. Per poder definir mètodes de forma efectiva i eficient, les companyies necessiten solucions sistemàtiques que estiguin definides sobre uns fundaments metodològics sòlids. Proporcionar aquestes solucions és el principal objectiu de l'Enginyeria de Mètodes. L'Enginyeria de Mètodes és la disciplina que aborda el diseny, la construcció i l'adaptació de mètodes, tècniques i eines per al desenvolupament de sistemes d'informació. Durant les dues últimes dècades, s'ha dut a terme molt de treball de recerca en aquesta àrea. No obstant, malgrat els seus potencials beneficis, l'Enginyeria de Mètodes no s'aplica àmpliament en contextes industrials. Algunes de les principals causes d'aquesta situació són l'alta complexitat teòrica de l'Enginyeria de Mètodes i la falta d'un apropiat suport de programari. En aquesta tesi, pretenem mitigar alguns dels problemes que afecten a l'Enginyeria de Mètodes proporcionant una proposta metodològica innovadora que està basada en l'Enginyeria Dirigida per Models (MDE). L'ús de MDE ens permet elevar el nivell d'abstracció, automatització i reutilització, possibilitant una reducció de la complexitat de la nostra proposta. A més a més, aprofitant tècniques de MDE (com per exemple el metamodelat, les transformacions de models i els models en temps d'execució), la nostra aproximació suporta tres fases del cicle de vida de l'Enginyeria de Mètodes: diseny, implementació i execució. Açò és a diferència de les propostes existents, les quals, en general, només suporten una d'aquestes fases. Amb l'objectiu de proporcionar suport de programari per a la nostra proposta, implementàrem una eina CAME (Computer-Aided Method Engineering) anomenada MOSKitt4ME. Per garantir que MOSKitt4ME oferia la funcionalitat necessària, definírem un conjunt de requisits funcionals com a pas previ al desenvolupament de l'eina. Després de la definició d'aquests requisits, definírem la arquitectura de l'eina CAME i, finalment, implementàrem l'arquitectura en el contexte d'Eclipse. El treball desenvolupat en aquesta tesi es va avaluar per mitjà d'un estudi on van participar usuaris finals. En aquest estudi, MOSKitt4ME es va avaluar per mitjà del Technology Acceptance Model (TAM) i el mètode Think Aloud. Mentre que el TAM va permetre mesurar utilitat i facilitat d'ús de manera subjectiva, el mètode Think Aloud va permetre analitzar aquestes mesures objectivament. En general, els resultats obtinguts van ser favorables. MOSKitt4ME va ser valorat de forma positiva pel que fa a utilitat i facilitat d'ús percebuda; a més a més, vam obtenir resultats positius pel que fa al rendiment objectiu dels usuaris i a la dificultat experimentada. / Cervera Úbeda, M. (2015). A Model-Driven Approach for the Design, Implementation, and Execution of Software Development Methods [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53931

Tesis por compendio / [ES] Los videojuegos son proyectos multidisciplinares que implican, en buena medida, el desarrollo de software. Esta tesis trata la faceta del desarrollo de videojuegos relativa al software mediante la Ingeniería del Software basada en Búsqueda (SBSE, Search-based Software Engineering). El objetivo específico de este trabajo es valerse de las características de los videojuegos en pro de una Ingeniería del Software de Videojuegos basada en Búsqueda (SBGSE, Search-based Game Software Engineering), incluyendo el uso de simulaciones de videojuegos para guiar búsquedas, codificación de granularidad fina y operaciones genéticas de mejora. Las aproximaciones propuestas superan a las de referencia en mantenimiento (trazabilidad de requisitos) y creación de contenido (generación de NPCs). El mantenimiento y la creación de contenido son, a menudo, tareas esenciales para garantizar la retención de usuarios por medio de actualizaciones o expansiones. Además, esta investigación aborda la necesidad de estudios de caso industriales. Esta tesis presenta un compendio que incluye tres artículos realizados durante el proceso de investigación y publicados en revistas académicas, con resultados que muestran que las aproximaciones de la Ingeniería del Software de Videojuegos basada en Búsqueda (SBGSE, Search-based Game Software Engineering) pueden mejorar la calidad de las soluciones generadas, así como reducir el tiempo necesario para producirlas. / [CA] Els videojocs són projectes multidisciplinaris que impliquen, en bona part, el desenvolupament de software. Aquesta tesi tracta la faceta del desenvolupament de videojocs relativa al software mitjançant l'Enginyeria del Software basada en Cerca (SBSE, Search-based Software Engineering). L'objectiu específic d'aquest treball és valdre's de les característiques dels videojocs en pro d'una Enginyeria del Software de Videojocs basada en Cerca (SBGSE, Search-based Game Software Engineering), incloent-hi l'ús de simulacions de videojocs per a guiar cerques, codificació de granularitat fina i operacions genètiques de millora. Les aproximacions proposades superen a les de referència en manteniment (traçabilitat de requisits) i creació de contingut (generació de NPCs). El manteniment i la creació de contingut són, sovint, tasques essencials per a garantir la retenció d'usuaris per mitjà d'actualitzacions o expansions. A més, aquesta investigació aborda la necessitat d'estudis de cas industrials. Aquesta tesi presenta un compendi que inclou tres articles realitzats durant el procés d'investigació i publicats en revistes acadèmiques, amb resultats que mostren que les aproximacions de l'Enginyeria del Software de Videojocs basada en Cerca (SBGSE, Search-based Game Software Engineering) poden millorar la qualitat de les solucions generades, així com reduir el temps necessari per a produir-les. / [EN] Video games are multidisciplinary projects which involve software development to a significant extent. This thesis tackles the software aspect of video game development through Search-based Engineering. Specifically, the objective of this work is to leverage the characteristics of video games towards Search-based Game Software Engineering, including the use of video game simulations to guide the search, a fine-grained encoding, and improvement genetic operations. The approaches proposed outperform the baselines in maintenance (requirement traceability) and content creation (NPC generation) tasks. Maintenance and content creation are often essential tasks to ensure player retention by means of updates or expansions. In addition, this research addresses the need for industrial case studies. This thesis presents a compendium that includes three papers produced through the research and published in academic journals, with results that show that Search-based Game Software Engineering approaches can provide improved solutions, in terms of quality and time cost. / This work has been partially supported by the Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) through the Spanish National R+D+i Plan and ERDF funds under the Project ALPS (RTI2018-096411-B-I00). / Blasco Latorre, D. (2024). Towards Search-based Game Software Engineering [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203655 / Compendio

Hadron Therapy (HT) exploits properties of ion radiation to gain therapeutic advantages over existing photon-based forms of external radiation therapy. However, its relative superiority and cost-effectiveness have not been proven for all clinical situations. Establishing a robust evidence base for the development of best treatment practices is one of the major challenges for the field. This thesis investigates two research infrastructures for building this essential evidence. First, the thesis develops main components of a metadata-driven software architecture for the collection of clinical information and its analysis. This architecture acknowledges the diversity in the domain and supports data interoperability by sharing information models. Their compliance to common metamodels guarantees that primary data and analysis results can be interpreted outside of the immediate production context. This is a fundamental necessity for all aspects of the evidence creation process. A metamodel of data capture forms is developed with unique properties to support data collection and documentation in this architecture. The architecture's potential to support complex analysis processes is demonstrated with the help of a novel metamodel for Markov model based simulations, as used for the synthesis of evidence in health-economic assessments. The application of both metamodels is illustrated on the example of HT. Since the biological effect of particle radiation is a major source of uncertainty in HT, in its second part, this thesis undertakes first investigations towards a new research facility for bio-medical experiments with ion beams. It examines the feasibility of upgrading LEIR, an existing accelerator at the European Organisation for Nuclear Research (CERN), with a new slow extraction and investigates transport of the extracted beam to future experiments. Possible configurations for the slow-resonant extraction process are identified, and designs for horizontal and vertical beam transport lines developed. The results of these studies indicate future research directions towards a new ion beam facility for biomedical research.

Cette thèse a pour but d’améliorer l’automatisation dans l’ingénierie dirigée par les modèles (MDE pour Model Driven Engineering). MDE est un paradigme qui promet de réduire la complexité du logiciel par l’utilisation intensive de modèles et des transformations automatiques entre modèles (TM). D’une façon simplifiée, dans la vision du MDE, les spécialistes utilisent plusieurs modèles pour représenter un logiciel, et ils produisent le code source en transformant automatiquement ces modèles. Conséquemment, l’automatisation est un facteur clé et un principe fondateur de MDE. En plus des TM, d’autres activités ont besoin d’automatisation, e.g. la définition des langages de modélisation et la migration de logiciels. Dans ce contexte, la contribution principale de cette thèse est de proposer une approche générale pour améliorer l’automatisation du MDE. Notre approche est basée sur la recherche méta-heuristique guidée par les exemples. Nous appliquons cette approche sur deux problèmes importants de MDE, (1) la transformation des modèles et (2) la définition précise de langages de modélisation. Pour le premier problème, nous distinguons entre la transformation dans le contexte de la migration et les transformations générales entre modèles. Dans le cas de la migration, nous proposons une méthode de regroupement logiciel (Software Clustering) basée sur une méta-heuristique guidée par des exemples de regroupement. De la même façon, pour les transformations générales, nous apprenons des transformations entre modèles en utilisant un algorithme de programmation génétique qui s’inspire des exemples des transformations passées. Pour la définition précise de langages de modélisation, nous proposons une méthode basée sur une recherche méta-heuristique, qui dérive des règles de bonne formation pour les méta-modèles, avec l’objectif de bien discriminer entre modèles valides et invalides. Les études empiriques que nous avons menées, montrent que les approches proposées obtiennent des bons résultats tant quantitatifs que qualitatifs. Ceux-ci nous permettent de conclure que l’amélioration de l’automatisation du MDE en utilisant des méthodes de recherche méta-heuristique et des exemples peut contribuer à l’adoption plus large de MDE dans l’industrie à là venir. / This thesis aims to improve automation in Model Driven Engineering (MDE). MDE is a paradigm that promises to reduce software complexity by the mean of the intensive use of models and automatic model transformation (MT). Roughly speaking, in MDE vision, stakeholders use several models to represent the software, and produce source code by automatically transforming these models. Consequently, automation is a key factor and founding principle of MDE. In addition to MT, other MDE activities require automation, e.g. modeling language definition and software migration. In this context, the main contribution of this thesis is proposing a general approach for improving automation in MDE. Our approach is based on meta-heuristic search guided by examples. We apply our approach to two important MDE problems, (1) model transformation and (2) precise modeling languages. For transformations, we distinguish between transformations in the context of migration and general model transformations. In the case of migration, we propose a software clustering method based on a search algorithm guided by cluster examples. Similarly, for general transformations, we learn model transformations by a genetic programming algorithm taking inspiration from examples of past transformations. For the problem of precise metamodeling, we propose a meta-heuristic search method to derive well-formedness rules for metamodels with the objective of discriminating examples of valid and invalid models. Our empirical evaluation shows that the proposed approaches exhibit good results. These allow us to conclude that improving automation in MDE using meta-heuristic search and examples can contribute to a wider adoption of MDE in industry in the coming years.

Cette thèse a pour but d’améliorer l’automatisation dans l’ingénierie dirigée par les modèles (MDE pour Model Driven Engineering). MDE est un paradigme qui promet de réduire la complexité du logiciel par l’utilisation intensive de modèles et des transformations automatiques entre modèles (TM). D’une façon simplifiée, dans la vision du MDE, les spécialistes utilisent plusieurs modèles pour représenter un logiciel, et ils produisent le code source en transformant automatiquement ces modèles. Conséquemment, l’automatisation est un facteur clé et un principe fondateur de MDE. En plus des TM, d’autres activités ont besoin d’automatisation, e.g. la définition des langages de modélisation et la migration de logiciels. Dans ce contexte, la contribution principale de cette thèse est de proposer une approche générale pour améliorer l’automatisation du MDE. Notre approche est basée sur la recherche méta-heuristique guidée par les exemples. Nous appliquons cette approche sur deux problèmes importants de MDE, (1) la transformation des modèles et (2) la définition précise de langages de modélisation. Pour le premier problème, nous distinguons entre la transformation dans le contexte de la migration et les transformations générales entre modèles. Dans le cas de la migration, nous proposons une méthode de regroupement logiciel (Software Clustering) basée sur une méta-heuristique guidée par des exemples de regroupement. De la même façon, pour les transformations générales, nous apprenons des transformations entre modèles en utilisant un algorithme de programmation génétique qui s’inspire des exemples des transformations passées. Pour la définition précise de langages de modélisation, nous proposons une méthode basée sur une recherche méta-heuristique, qui dérive des règles de bonne formation pour les méta-modèles, avec l’objectif de bien discriminer entre modèles valides et invalides. Les études empiriques que nous avons menées, montrent que les approches proposées obtiennent des bons résultats tant quantitatifs que qualitatifs. Ceux-ci nous permettent de conclure que l’amélioration de l’automatisation du MDE en utilisant des méthodes de recherche méta-heuristique et des exemples peut contribuer à l’adoption plus large de MDE dans l’industrie à là venir. / This thesis aims to improve automation in Model Driven Engineering (MDE). MDE is a paradigm that promises to reduce software complexity by the mean of the intensive use of models and automatic model transformation (MT). Roughly speaking, in MDE vision, stakeholders use several models to represent the software, and produce source code by automatically transforming these models. Consequently, automation is a key factor and founding principle of MDE. In addition to MT, other MDE activities require automation, e.g. modeling language definition and software migration. In this context, the main contribution of this thesis is proposing a general approach for improving automation in MDE. Our approach is based on meta-heuristic search guided by examples. We apply our approach to two important MDE problems, (1) model transformation and (2) precise modeling languages. For transformations, we distinguish between transformations in the context of migration and general model transformations. In the case of migration, we propose a software clustering method based on a search algorithm guided by cluster examples. Similarly, for general transformations, we learn model transformations by a genetic programming algorithm taking inspiration from examples of past transformations. For the problem of precise metamodeling, we propose a meta-heuristic search method to derive well-formedness rules for metamodels with the objective of discriminating examples of valid and invalid models. Our empirical evaluation shows that the proposed approaches exhibit good results. These allow us to conclude that improving automation in MDE using meta-heuristic search and examples can contribute to a wider adoption of MDE in industry in the coming years.

L’ingénierie dirigée par les modèles (IDM) est un paradigme d’ingénierie du logiciel bien établi, qui préconise l’utilisation de modèles comme artéfacts de premier ordre dans les activités de développement et de maintenance du logiciel. La manipulation de plusieurs modèles durant le cycle de vie du logiciel motive l’usage de transformations de modèles (TM) afin d’automatiser les opérations de génération et de mise à jour des modèles lorsque cela est possible. L’écriture de transformations de modèles demeure cependant une tâche ardue, qui requiert à la fois beaucoup de connaissances et d’efforts, remettant ainsi en question les avantages apportés par l’IDM. Afin de faire face à cette problématique, de nombreux travaux de recherche se sont intéressés à l’automatisation des TM. L’apprentissage de transformations de modèles par l’exemple (TMPE) constitue, à cet égard, une approche prometteuse. La TMPE a pour objectif d’apprendre des programmes de transformation de modèles à partir d’un ensemble de paires de modèles sources et cibles fournis en guise d’exemples. Dans ce travail, nous proposons un processus d’apprentissage de transformations de modèles par l’exemple. Ce dernier vise à apprendre des transformations de modèles complexes en s’attaquant à trois exigences constatées, à savoir, l’exploration du contexte dans le modèle source, la vérification de valeurs d’attributs sources et la dérivation d’attributs cibles complexes. Nous validons notre approche de manière expérimentale sur 7 cas de transformations de modèles. Trois des sept transformations apprises permettent d’obtenir des modèles cibles parfaits. De plus, une précision et un rappel supérieurs à 90% sont enregistrés au niveau des modèles cibles obtenus par les quatre transformations restantes. / Model-driven engineering (MDE) is a well-established software engineering paradigm that promotes models as main artifacts in software development and maintenance activities. As several models may be manipulated during the software life-cycle, model transformations (MT) ensure their coherence by automating model generation and update tasks when possible. However, writing model transformations remains a difficult task that requires much knowledge and effort that detract from the benefits brought by the MDE paradigm. To address this issue, much research effort has been directed toward MT automation. Model Transformation by Example (MTBE) is, in this regard, a promising approach. MTBE aims to learn transformation programs starting from a set of source and target model pairs supplied as examples. In this work, we propose a process to learn model transformations from examples. Our process aims to learn complex MT by tackling three observed requirements, namely, context exploration of the source model, source attribute value testing, and complex target attribute derivation. We experimentally evaluate our approach on seven model transformation problems. The learned transformation programs are able to produce perfect target models in three transformation cases, whereas, precision and recall higher than 90% are recorded for the four remaining ones.

L'industrie automobile des systèmes embarqués critiques est confrontée de nos jours à une complexité croissante, tandis que les coûts, les performances en termes d'intelligence, les caractéristiques, les capacités et les délais de commercialisation de leurs produits sont constamment remises en question. Face à cela, l'objectif principal pour les constructeurs et fournisseurs automobiles devient désormais de contrôler la qualité et la fiabilité des systèmes mécatroniques et embarqués. L'existence de normes internationales comme le HIS Automotive SPICE et l’ISO26262 est une contrainte supplémentaire qu'ils doivent prendre en compte s’ils veulent atteindre cet objectif. De plus, assurer la bonne gestion de la sécurité et la qualité du produit ne suffit pas: il est essentiel de veiller à ce que nous produisons un système qui n'est pas seulement sécuritaire et bien, mais aussi que nous produisons le bon système. Cela induit donc une plus grande prise en compte des exigences.Dans cette thèse, nous traitons le challenge du développement des systèmes embarqués automobiles suivant l’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) qui répondent aux exigences des utilisateurs et des standards du domaine et qui permettent de maîtriser davantage la qualité des produits développés. Le problème à résoudre a été abordé sur plusieurs phases qui sont ensuite utilisés conjointement. En premier, nous définissons un métamodèle fusionnant les approches orienté qualité produit et qualité processus selon respectivement les normes ISO26262 et SPICE. Puis, dans un but de certification, nous proposons une méthodologie générique basée sur ce métamodèle commun où une évaluation du processus de développement induite par l’HIS standard ainsi qu’une évaluation de la sécurité fonctionnelle induite par l’ISO2626 sont simultanément effectuées. Ce résultat est traduit au travers de la définition d'un framework outillé où nous appliquons la méthode d'évaluation propre au standard SPICE. En deuxième phase, nous définissons un métamodèle pour gérer les actifs de sécurité concernant ces normes automobiles au niveau produit. Ce métamodèle définit comment capturer les exigences et l’architecture d’un système de telle manière qu'ils puissent être traçables entre eux et également traçables depuis des documents de spécifications d’origine. Enfin, une approche à base de modèle où l'interaction des modèles de processus et le produit est géré afin de répondre aux besoins identifiés dans la première phase est développé pour soutenir la gestion de projet. L'approche utilise la modélisation des processus et leur mesure pour améliorer le contrôle et le suivi de projet et de réduire par la même les coûts et les fréquences de replanification.Les avantages de la contribution sont démontrés sur une application pilote automobile, validant ainsi le travail de recherche au vue des faiblesses identifiées préalablement dans le contexte. / The embedded safety-critical systems industry is facing an exponential increase in the complexity and variety of systems and devices while costs, performance in terms of intelligence, features, capacities and time to market are constantly challenged. The main objective for automotive manufacturers and suppliers is now becoming the control of quality and the dependability of embedded and mechatronic systems. The existence of internationally recognized standards such as the Automotive SPICE and ISO26262 is a further constraint that must be managed to meet this objective. Nevertheless, ensuring sound management of safety and viewpoints is insufficient. It is also essential to ensure that we produce a system that is not only compliant and well-defined, but also that we produce the “right” system. Therefore, this leads to greater consideration of the requirements.In this thesis, we address the challenge of development of automotive embedded systems following the model-driven engineering paradigm that meet the user needs and the regulatory constraints of the domain and that further mastered the quality of developed product. We resolve the problem in many steps which are subsequently used jointly. In the first phase, we define a merging approach which embodies a product quality and process quality approaches regarding the ISO26262 and SPICE standards following the model-driven engineering paradigm. Then, in a certification assessment purpose, we propose a generic methodology where an HIS assessment and a functional safety audit is simultaneously performed without altering their original meanings. This commitment results into the definition of a tooled framework where we apply the SPICE assessment method to the common metamodel defined from the merging work. In a second phase, we define a metamodel for manage safety assets regarding these automotive standards at product level. This metamodel defines how the requirements and architecture of a system can be captured in such a way that they can be traceable from each other and from origin specifications documents. Finally, a model-based approach where the interaction of process and product models is managed to address requirements identified in the precedent phases is developed to support project management. The approach uses process modeling and measurement to improve the control and the monitoring of project and to reduce the cost and frequency of re-planning.The benefits of the contribution are demonstrated on an ongoing automotive pilot application, thereby validating the research work against the weaknesses identified prealably in the context.

Les divers intervenants qui décrivent, étudient et réalisent un système complexe ont besoin de points de vue adaptés à leurs préoccupations. Cependant, dans le contexte de l’Ingénierie Dirigée par les Modèles, les moyens pour définir et mettre en œuvre ces points de vue sont, soit trop rigides et inadaptées, soit totalement ad hoc. De plus, ces différents points de vue sont rarement indépendants les uns des autres. Dès lors, il faut s’attacher à identifier puis décrire les liens/les correspondances qui existent entre les points de vue pour enfin pouvoir vérifier que les réponses apportées par les différents intervenants constituent un tout cohérent.Les travaux exposés dans cette thèse permettent la définition de langages dédiés basés sur UML pour les points de vue. Pour cela, une méthode outillée qui analyse la sémantique des descriptions textuelles des concepts du domaine que l’on souhaite projeter sur UML est proposée afin de faciliter la définition de profils UML. Les résultats obtenus sur les cas d’études concrets étudiés sont encourageants et dépassent les résultats des outils existants. Pour définir des points de vue basés sur des profils UML, cette thèse propose une méthode qui permet au méthodologiste d’expliciter le point de vue voulu. Un outil génère ensuite l’outillage qui met en œuvre ce point de vue dans un environnement de modélisation ainsi que le langage dédié correspondant là où la pratique actuelle repose sur une mise en œuvre essentiellement manuelle.Pour assister l’identification des liens entre points de vue, cette thèse propose là aussi d’analyser la sémantique des descriptions textuelles des concepts des langages utilisés par les points de vue. Utilisée en complément des heuristiques syntaxiques existantes, l’approche proposée permet d’obtenir de bons résultats lorsque les terminologies des langages analysés sont éloignées. Un cadre théorique basé sur la théorie des catégories est proposé pour expliciter formellement les correspondances. Pour utiliser ce cadre, une catégorie pour les langages basés sur UML a été proposée. Afin de pouvoir également expliciter les correspondances entre les modèles issus de ces langages, la catégorie des ontologies OWL est utilisée. Une solution est proposée pour caractériser des correspondances plus complexes que la simple équivalence. Ce cadre théorique permet la définition formelle de relations complexes qui permettront de raisonner sur la cohérence de la description de l’architecture. Une fois la description de l’architecture intégrée en un tout en suivant les correspondances formalisées, la question de la cohérence est abordée. Les expérimentations faites sur un cas d’étude concret pour vérifier la cohérence à un niveau syntaxique donnent des résultats pratiques satisfaisants. Les expérimentations menées sur le même cas pour vérifier la cohérence à un niveau sémantique ne donnent pas de résultats pratiques satisfaisants. / The various stakeholders who describe study and implement a complex system require viewpoints that are dedicated to their concerns. However, in the context of Model-Driven Engineering, approaches to define and implement those viewpoints are either too rigid and inappropriate or completely ad hoc. In addition, those various viewpoints are rarely independent from each other. Therefore, we must strive to identify and describe the relationships/correspondences between the viewpoints in order to be able to verify that the parts of the solution given by the various stakeholders form a consistent whole.The work presented in this thesis provides a way to define dedicated languages based on UML for the viewpoints. For this, a method that analyzes the semantics of the textual descriptions of the concepts of the domain we want to map to UML has been implemented to facilitate the definition of UML profiles. The results we get on the concrete test cases we considered are encouraging and go beyond results of existing tools. To define a viewpoint based on some UML profiles, this thesis provides a method that lets the methodologist make explicit the viewpoint he/she wants. A tool can then generate the tooling that implements this viewpoint in a modeling environment together with the corresponding dedicated language while current practice is based on an implementation essentially manual.To assist the identification of relationships between the viewpoints, this thesis proposes again to analyze the semantics of textual descriptions of concepts of the languages used by the viewpoints. Used in combination with existing syntactic heuristics, the proposed approach provides good results when the terminologies of the languages that are analyzed are far apart. A theoretical framework based on category theory is provided to make explicit formally correspondences. To use this framework, a category for languages based on UML has been proposed. To be able to make explicit the correspondences between the models of those languages as well, the category of OWL ontologies is used. A solution is proposed to characterize correspondences that are more complex than the simple equivalence relationship. This theoretical framework provides a way to define formally complex relationships that can be used to verify the consistency of the architectural description. Once the description of the architecture has been integrated according to the formal correspondences, the issue of consistency is considered. The experiments carried out on a concrete test case to verify consistency on a syntactic perspective give satisfactory practical results. The experiments carried on the same test case to verify consistency on a semantic perspective don’t give satisfactory practical results.

Les solutions basées sur le logiciel/matériel jouent un rôle important dans le domaine de l'automobile. Il est de plus en plus fréquent que l’implémentation de certaines fonctions jusqu’ici réalisées par des composants mécaniques, se fasse dans les véhicules d’aujourd’hui par des composants électroniques embarquant du logiciel. Cette tendance conduit à un grand nombre de fonctions implémentées comme un ensemble de composants logiciels déployés sur unités de commande électronique (ECU). Par conséquent, la quantité de code embarqué dans les automobiles est estimée à des dizaines de giga-octets et le nombre d’ECU de l’ordre de la centaine. Les pratiques actuelles de développement deviennent donc inefficaces et sont en cours d’évolution. L'objectif de cette thèse est de contribuer aux efforts actuels qui consistent à introduire l’utilisation de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles dans la conception d’architectures automobiles basées sur le logiciel/matériel. Une première série de contributions de cette thèse porte sur la proposition de techniques pour soutenir les activités décrites dans la méthodologie automobile établie par le langage EAST-ADL2 et le standard AUTOSAR dont l’objectif principal est l'intégration de l'architecture logicielle avec la plate-forme matérielle. Bien que de nombreux travaux sur la synthèse d’architectures existent, cette thèse met en exergue les principaux défauts les empêchant de pleinement supporter la méthodologie EAST-ADL2/AUTOSAR et propose de nouvelles techniques aidant à surmonter les déficiences actuelles. Une deuxième série de contributions concerne les approches de modélisation. L'utilisation de langages de modélisation généralistes (dans le sens non spécifique à un domaine industriel donné) comme SysML et MARTE bien que bénéfique, n'a pas encore trouvé une manière d'être pleinement exploité par les constructeurs automobiles. Cela concerne en particulier la modélisation d’une spécification analysable et l'optimisation des préoccupations qui permettrait d’effectuer des analyses et optimisations à base de modèles. Ce travail définit une méthodologie et les concepts nécessaires à la construction de modèles d'analyse et d'optimisation de ces systèmes. / Hardware/software based solutions play significant role in the automotive domain. It is common that the implementation of certain functions that was done in a mechanical manner, in nowadays cars is done through the software and hardware. This tendency lead to the substantial number of functions operating as a set of software components deployed into hardware entities, i.e. Electronic Control Units (ECU). As a consequence the capacity of the overall code is estimated as tens of gigabytes and the number of ECUs reaches more than 100. Consequently the industrial state of the practice development approaches become inefficient. The objective of this thesis is to add to the current efforts trying to employ the Model Driven Engineering (MDE) in the context of the automotive SW/HW architectures design. First set of contributions relates to the guided strategies supporting the key engineering activities of the automotive methodology established by the EAST-\ADL2 language and the AUTOSAR standard. The main is the integration of the software architecture with the hardware platform. Although the amount of work on the synthesis is substantial, this thesis presents shortcomings of the existing approaches that disable them to fully support the EAST-ADL2/AUTOSAR methodology and delivers new techniques overcoming the current deficiencies. Second contribution concerns approaches for the modeling. Surprisingly the usage of general purpose modeling languages such as the SysML and MARTE although beneficial, haven’t found its way yet to be fully exploited by the automotive OEMs (Original Equipment Manufacturer). This especially relates to the modeling of the analyzable input and the optimization concerns which would enable triggering of the analysis and optimization directly from the models level. This work shows a way and defines additional concepts, necessary to construct analysis and optimization models.

Dans le cadre industriel et académique, les méthodologies de développement logiciel exploitent de plus en plus le concept de “modèle” afin d’appréhender la complexité des systèmes temps réel critiques. En particulier, celles-ci définissent une étape dans laquelle un modèle fonctionnel, conçu comme un graphe de blocs fonctionnels communiquant via des échanges de signaux de données, est déployé sur un modèle de plateforme d’exécution matérielle et un modèle de plateforme d’exécution logicielle composé de tâches et de messages. Cette étape appelée étape de déploiement, permet d’établir une architecture opérationnelle du système nécessitant une validation des propriétés temporelles du système. Dans le contexte des systèmes temps réel dirigés par les évènements, la vérification des propriétés temporelles est réalisée à l’aide de l’analyse d’ordonnançabilité basée sur l’analyse des temps de réponse. Chaque choix de déploiement effectué a un impact essentiel sur la validité et la qualité du système. Néanmoins, les méthodologies existantes n’offrent pas de support permettant de guider le concepteur d’applications durant l’exploration de l’espace des architectures possibles. L’objectif de ces travaux de thèse consiste à mettre en place des techniques d’analyse et de synthèse automatiques permettant de guider le concepteur vers une architecture opérationnelle valide et optimisée par rapport aux performances du système. Notre proposition est dédiée à l’exploration de l’espace des architectures en tenant compte à la fois des quatre degrés de liberté déterminés durant la phase de déploiement, à savoir (j) le placement des éléments fonctionnels sur les éléments de calcul et de communication de la plateforme d’exécution, (ii) le partitionnement des éléments fonctionnels en tâches temps réel et des signaux de données en messages, (iii) l’affectation de priorités d’exécution aux tâches et aux messages du système et (iv) l’attribution du mécanisme de protection des données partagées pour les systèmes temps réel périodiques. Nous nous intéressons principalement à la satisfaction des contraintes temporelles et celles liées aux capacités des ressources de la plateforme cible. De plus, nous considérons l’optimisation des latences de bout-en-bout et la consommation mémoire. Les approches d’exploration architecturale présentées dans cette thèse sont basées sur la technique d’optimisation PLNE (programmation linéaire en nombres entiers) et concernent à la fois les applications activées périodiquement et celles dont l’activation est pilotée par les données. Contrairement à de nombreuses approches antérieures fournissant une solution partielle au problème de déploiement, les méthodes proposées considèrent l’ensemble du problème de déploiement. Les approches proposées dans cette thèse sont évaluées à l’aide d’applications génériques et industrielles. / Modern development methodologies from the industry and the academia exploit more and more the ”model” concept to address the complexity of critical real-time systems. These methodologies define a key stage in which the functional model, designed as a network of function blocks communicating through exchanged data signals, is deployed onto a hardware execution platform model and implemented in a software model consisting of a set of tasks and messages. This stage so-called deployment stage allows establishment of an operational architecture of the system, thus it requires evaluation and validation of the temporal properties of the system. In the context of event-driven real-time systems, the verification of temporal properties is performed using the schedulability analysis based on the response time analysis. Each deployment choice has an essential impact on the validity and the quality of the system. However, the existing methodologies do not provide supportto guide the designer of applications in the exploration of the operational architectures space. The objective of this thesis is to develop techniques for analysis and automatic synthesis of a valid operational architecture optimized with respect to the system performances. Our proposition is dedicated to the exploration of architectures space considering at the same time the four degrees of freedom determined during the deployment phase, (i) the placement of functional elements on the computing and communication resources of the execution platform, (ii) the partitioning of function elements into real time tasks and data signals into messages, (iii) the priority assignment to system tasks and messages and (iv) the assignment of shared data protection mechanism for periodic real-time systems. We are mainly interested in meeting temporal constraints and memory capacity of the target platform. In addition, we are focusing on the optimization of end-to-end latency and memory consumption. The design space exploration approaches presented in this thesis are based on the MILP (Mixed Integer Linear programming) optimization technique and concern at the same time time-driven and data-driven applications. Unlike many earlier approaches providing a partial solution to the deployment problem, our methods consider the whole deployment problem. The proposed approaches in this thesis are evaluated using both synthetic and industrial applications.