Les méthodes de surveillance industrielle sont divisées en deux catégories : méthodes de surveillance avec modèle formel de l'équipement, et méthodes de surveillance sans modèle de l'équipement. Les modèles mathématiques formels des équipements industriels sont souvent entachés d'incertitudes et surtout difficiles à obtenir. Cette thèse présente l'application des réseaux de neurones artificiels pour la surveillance d'équipements industriels. Nous proposons une architecture de Réseaux à Fonctions de base Radiales qui exploite les propriétés dynamiques des architectures localement récurrentes pour la prise en compte de l'aspect temporel des données d'entrée. En effet, la prise en compte de l'aspect dynamique nécessite des architectures de réseaux de neurones particulières avec des algorithmes d'apprentissage souvent compliqués. Dans cette optique, nous proposons une version améliorée de l'algorithme des k-moyennes qui permet de déterminer aisément les paramètres du réseau de neurones. Des tests de validation montrent qu'à la convergence de l'algorithme d'apprentissage, le réseau de neurones se situe dans la zone appelée « zone de bonne généralisation ». Le réseau de neurones a été ensuite décomposé en fonctions élémentaires facilement interprétables en langage automate. La partie applicative de cette thèse montre qu'un traitement de surveillance en temps réel est possible grâce aux architectures à automates programmables industriels. Le réseau de neurones chargé dans l'automate est entièrement configurable à distance par le protocole de communication TCP/IP. Une connexion Internet permet alors à un expert distant de suivre l'évolution de son équipement et également de valider l'apprentissage du réseau de neurones artificiel.

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