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The main topic of the work is the design and development of a plan-space planning system FAPE that integrates explicit time reasoning, resource reasoning with discrete resources and reservoirs and hierarchical decompositions. FAPE is the first planning system that accepts the language ANML, supporting most of its major features. We investigate different aspects of the integration, also proposing a new problem reformulation technique for the state-variable representation and discovering a transition of performance between sparse and minimal temporal networks. We further extend FAPE with acting capabilities and evaluate the runtime properties and benefits of its expressiveness. Finally, we present FAPE as a planning and acting system in real world experiments, where FAPE operates a PR2 robot. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

L’accroissement des profits, à travers l’amélioration de la productivité et la réduction des pertes de matières, représente un objectif primordial pour les entreprises industrielles. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la résolution d’un problème industriel complexe réel avec des contraintes de temps. Nous nous sommes intéressés, tout d’abord, à un objectif principal, soit la minimisation des dates de fin de production, suivi d’un objectif secondaire qui est la minimisation des quantités de déchets non recyclables. Dans un premier temps, nous avons modéliséle problème par des modèles mathématiques, que nous avons résolu à l’aide d’un solveur. Dans un second temps, nous avons proposé une méthode approchée en forme d’algorithmes évolutionnistes. Cette méthode est appliquée aux deux objectifs mentionnés ci-dessus séparément. Une troisième méthode est ensuite appliquée à l’objectif principal, à savoir une méthode arborescente approchée. Nous avons testé les algorithmes proposés sur des instances inspirées d’un cas réel ; issues d’une entreprise du secteur agroalimentaire et sur des instances inspirées de la littérature. / Increasing profits, through the improvement of productivity and minimizing waste, is a primary objective for industrial companies. In this thesis, we are interested insolving a real complex industrial problem with time constraints. Firstly, we were interested in minimizing completion time (Cmax). Secondly, we focused on minimizing of non-recyclable waste. As a first step, we formulated the problem by mathematical models, which we solved using a solver. In a second step, we proposed an approximate method in the form of evolutionary algorithms. Both methods were applied to the two objectives mentioned above separately. Then, a third method which is a tree-search algorithm was applied only to the main objective. We tested the proposed algorithms on instances inspired from a real case; from an agri-food business, and also on instances inspired from the literature.

In grid architecture, a grid workflow system is a type of high-level grid middleware which aims to support large-scale sophisticated scientific or business processes in a variety of complex e-science or e-business applications such as climate modelling, disaster recovery, medical surgery, high energy physics, international stock market modelling and so on. Such sophisticated processes often contain hundreds of thousands of computation or data intensive activities and take a long time to complete. In reality, they are normally time constrained. Correspondingly, temporal constraints are enforced when they are modelled or redesigned as grid workflow specifications at build-time. The main types of temporal constraints include upper bound, lower bound and fixed-time. Then, temporal verification would be conducted so that we can identify any temporal violations and handle them in time. Conventional temporal verification research and practice have presented some basic concepts and approaches. However, they have not paid sufficient attention to overall temporal verification effectiveness and efficiency. In the context of grid economy, any resources for executing grid workflows must be paid. Therefore, more resources should be mainly used for execution of grid workflow itself rather than for temporal verification. Poor temporal verification effectiveness or efficiency would cause more resources diverted to temporal verification. Hence, temporal verification effectiveness and efficiency become a prominent issue and deserve an in-depth investigation. This thesis systematically investigates the limitations of conventional temporal verification in terms of temporal verification effectiveness and efficiency. The detailed analysis of temporal verification effectiveness and efficiency is conducted for each step of a temporal verification cycle. There are four steps in total: Step 1 - defining temporal consistency; Step 2 - assigning temporal constraints; Step 3 - selecting appropriate checkpoints; and Step 4 - verifying temporal constraints. Based on the investigation and analysis, we propose some new concepts and develop a set of innovative methods and algorithms towards more effective and efficient temporal verification. Comparisons, quantitative evaluations and/or mathematical proofs are also presented at each step of the temporal verification cycle. These demonstrate that our new concepts, innovative methods and algorithms can significantly improve overall temporal verification effectiveness and efficiency. Specifically, in Step 1, we analyse the limitations of two temporal consistency states which are defined by conventional verification work. After, we propose four new states towards better temporal verification effectiveness. In Step 2, we analyse the necessity of a number of temporal constraints in terms of temporal verification effectiveness. Then we design a novel algorithm for assigning a series of finegrained temporal constraints within a few user-set coarse-grained ones. In Step 3, we discuss the problem of existing representative checkpoint selection strategies in terms of temporal verification effectiveness and efficiency. The problem is that they often ignore some necessary checkpoints and/or select some unnecessary ones. To solve this problem, we develop an innovative strategy and corresponding algorithms which only select sufficient and necessary checkpoints. In Step 4, we investigate a phenomenon which is ignored by existing temporal verification work, i.e. temporal dependency. Temporal dependency means temporal constraints are often dependent on each other in terms of their verification. We analyse its impact on overall temporal verification effectiveness and efficiency. Based on this, we develop some novel temporal verification algorithms which can significantly improve overall temporal verification effectiveness and efficiency. Finally, we present an extension to our research about handling temporal verification results since these verification results are based on our four new temporal consistency states. The major contributions of this research are that we have provided a set of new concepts, innovative methods and algorithms for temporal verification in grid workflow systems. With these, we can significantly improve overall temporal verification effectiveness and efficiency. This would eventually improve the overall performance and usability of grid workflow systems because temporal verification can be viewed as a service or function of grid workflow systems. Consequently, by deploying the new concepts, innovative methods and algorithms, grid workflow systems would be able to better support large-scale sophisticated scientific and business processes in complex e-science and e-business applications in the context of grid economy.

La plupart des sc\'narios multimédia interactifs sont bas\'{e}s sur des sp\'cifications informelles, il n'est donc pas possible de v\'{e}rifier formellement des propri\'t\'{e}s de ces syst\'mes. Nous pr\'{e}conisons la n\'cessit\'{e} d'un mod\'le g\'{e}n\'ral et formel. Partitions interactives est un formalisme pour d\'{e}crire des sc\'narios multim\'{e}dia interactifs. Nous proposons une nouvelle s\'mantique pour les partitions interactives bas\'{e}e sur les structures d'\'v\'{e}nements temporisés. Avec une telle s\'mantique, nous pouvons sp\'{e}cifier des propri\'t\'{e}s pour le syst\'me, en particulier, des propri\'{e}t\'s sur les traces, qui sont difficiles \'{a} pr\'ciser avec la programmation par contraintes. Nous pr\'{e}sentons \'galement une s\'{e}mantique op\'rationnelle des partitions interactives bas\'{e}e sur le calcul non-d\'terministe, temporis\'{e}, concurrent, par contraintes (ntcc) et nous rapportons la s\'mantique operationelle \'{a} la semantique en structures d'\'v\'{e}nements temporisés. Avec la s\'mantique op\'{e}rationnelle, nous pouvons d\'crire formellement le comportement d'un scenario dont les dur\'{e}es des objets temporels peuvent \^{e}tre des intervalles d'entiers arbitraires. La s\'mantique op\'{e}rationnelle est obtenue \' partir de la s\'{e}mantique en structures d'\'v\'{e}nements temporisés de la partition interactive. Pour fournir une telle traduction, nous avons d'abord d\'fini la forme normale d'une structure d'\'{e}v\'nements temporisés, dans laquel les \'{e}v\'nements li\'{e}s avec une dur\'e z\'{e}ro sont regroup\'s en un seul. Nous avons \'{e}galement d\'fini la notion de structures d'\'{e}v\'nements temporisés r\'{e}partissables, de telle sorte que son graphe de contraintes peut \^{e}tre exp\'di\'{e} en se fondant uniquement sur la propagation locale. Nous croyons que la s\'mantique op\'{e}rationnelle bas\'e sur ntcc offre certains avantages par rapport \'{a} la s\'mantique des partitions interactives bas\'{e}e sur des r\'seaux de Petri; par exemple, les dur\'{e}es des objets temporels peuvent \^{e}tre des intervalles d'entiers arbitraires, tandis que dans la plupart des mod\'les de partitions interactives, les intervalles ne peut \^tre utilis\'{e}s que pour repr\'senter les relations telles que l'\'{e}galit\' et les inégalités. Nos mod\'{e}les ntcc de partitions interactives sont ex\'cut\'{e}s en utilisant Ntccrt, un interpr\'te temps r\'{e}el pour ntcc. Nos mod\'les peuvent \'{e}galement \^{e}tre v\'rifi\'{e}s automatiquement en utilisant ntccMC, un verificateur pour ntcc, de temps born\', bas\'{e}e sur les automates finis, que nous introduisons dans cette th\'se. En utilisant ntccMC, nous pouvons v\'{e}rifier des propri\'t\'{e}s de logique de temps lin\'aire avec des contrantes (CLTL). Dans cette th\'{e}se, nous introduisons deux extensions du formalisme de partitions interactives: (1) l'une pour g\'rer le traitement audio en utilisant le langage de programmation fran\c cais Faust et (2) l'autre pour traiter des condition et des branchements, permettant de sp\'{e}cifier des choix et des boucles. Pour la premi\'re extension, nous pr\'{e}sentons une s\'mantique bas\'{e}e sur les structures d'\'v\'{e}nements temporisés et des id\'es sur la fa\c con de d\'{e}finir une s\'mantique op\'{e}rationnelle. Pour la deuxi\'me extension, nous pr\'{e}sentons une mise en \oe uvre et la comparaison des r\'sultats du jitter relative moyenne d'une impl\'{e}mentation d'un arp\'ge base sur l'algorithme de Karplus-Strong par rapport aux impl\'{e}mentations existants \'crits dans Pure Data. Nous d\'{e}finissons aussi un format de sauvegarde XML pour les partitions interactives et pour la extension avec branchement conditionnel. Un format de sauvegarde est crucial pour assurer la persistance des partitions.

Les robots sous-marins peuvent aujourd'hui évoluer dans des environnements complexes difficilement accessibles à l'Homme pour des raisons de coût ou de sécurité. Ils peuvent donc intervenir dans une grande variété de missions en environnement aquatique. Or, la complexité de ces milieux impose de doter le vecteur robotique d'une autonomie opérationnelle suffisante afin qu'il puisse mener sa mission à bien tout en préservant son intégrité. Cela nécessite de développer des lois de commande répondant aux spécificités de l'application. Ces lois de commande se basent sur des connaissances provenant de différentes disciplines scientifiques ce qui souligne l'interdisciplinarité inhérente à la robotique. Une fois la loi de commande développée, il faut implémenter le contrôleur sur le robot sous forme de logiciel de contrôle basé sur une architecture logicielle temps-réel.Or la conception actuelle des lois de commande, sous forme de blocs "monolithiques", rend difficile l'évolution d'une loi de commande d'une application à l'autre, l'intégration de connaissances provenant d'autres disciplines scientifiques que ne maitrisent pas forcément les automaticiens et pénalisent son implémentation sur des architectures logicielles qui nécessitent la modularité. Pour résoudre ces problèmes nous cherchons à proprement séparer les différentes connaissances afin que chacune soit aisément manipulable, son rôle clair et que les relations établies entre les différentes connaissances soient explicites. Cela permettra en outre une projection plus efficace sur l'architecture logicielle. Nous proposons donc un nouveau formalisme de description des lois de commande selon une composition modulaire d'entités de base appelées Atomes et qui encapsulent les différents éléments de connaissance. Nous nous intéressons également à l'établissement d'une meilleure synergie entre les aspects automatique et génie logiciel qui se construit autour de préoccupations communes telles que les contraintes temporelles et la stabilité. Pour cela, nous enrichissons nos Atomes de contraintes chargées de véhiculer les informations relatives à ces aspects temporels. Nous proposons également une méthodologie basée sur notre formalisme afin de guider l'implémentation de nos stratégies de commande sur un Middleware temps-réel, dans notre cas le Middleware ContrACT développé au LIRMM.Nous illustrons notre approche par diverses fonctionnalités devant être mises en oeuvre lors de missions d'exploration de l'environnement aquatique et notamment pour l'évitement de parois lors de l'exploration d'un aquifère karstique. / Underwater robots can nowadays operate in complex environments in a broad scope of missions where the use of human divers is difficult for cost or safety reasons. However the complexity of aquatic environments requires to give the robotic vector an autonomy sufficient to perform its mission while preserving its integrity. This requires to design control laws according to application requirements. They are built on knowledge from several scientific fields, underlining the interdisciplinarity inherent to robotics. Once the control law designed, it must be implemented as a control Software working on a real-time Software architecture.Nonetheless the current conception of control laws, as "monolithic" blocks, makes difficult the adaptation of a control from an application to another and the integration of knowledge from various scientific fields which are often not fully understood by control engineers. It also penalizes the implementation of control on Software architectures, at least its modularity and evolution. To solve those problems we seek a proper separation of knowledge so that each knowledge item can be easily used, its role precisely defined and we want to reify the interactions between them. Moreover this will allow us a more efficient projection on the Software architecture. We thus propose a new formalism for control laws description as a modular composition of basic entities named Atoms used to encapsulate the knowledge items.We also aim at building a better synergy between control and software engineering based on shared concerns such as temporal constraints and stability. Hence we extend the definition of our Atoms with constraints carrying information related to their temporal behaviour. We propose as well a methodology relying on our formalism to guide the implementation of control on a real-time Middleware. We will focus on the ContrACT Middleware developed at LIRMM.Finally we illustrate our approach on several robotic functionalities that can be used during aquatic environments exploration and especially for wall avoidance during the exploration of a karst aquifer.

L'apprentissage de modèles temporels constitue l'une des grandes problématiques de l'Exploration de Données (Data Mining). Dans cette thèse, nous avons développé un nouveau modèle temporel appelé TITA Rules (Règle associative temporelle basé sur des arbres d'intervalles). Ce modèle permet de décrire des phénomènes ayant un certain degré d'incertitude et/ou d'imprécision. Ce modèle permet entre autres d'exprimer la synchronicité entre évènements, les contraintes temporelles disjonctives et la négation temporelle. De par leur nature, les TITA Rules peuvent êtes utilisées pour effectuer des prédictions avec une grande précision temporel. Nous avons aussi développé un algorithme capable de découvrir et d'extraire de manière efficace des TITA Rules dans de grandes bases de données temporelles. Le cœur de l'algorithme est basé sur des techniques de minimisation d'entropie, de filtrage par Apriori et par des analyses de co-dépendance. Note modèle temporelle et notre algorithme ont été appliqués et évalués sur plusieurs jeux de données issues de phénomènes réels et de phénomènes simulés. La seconde partie de cette thèse à consisté à étudier l'utilisation de notre modèle temporel sur la problématique de la Planification Automatique. Ces travaux ont mené au développement d'un algorithme de planification automatique. L'algorithme prend en entrée un ensemble de TITA Rules décrivant le fonctionnement d'un système quelconque, une description de l'état initial du système, et un but à atteindre. En retour, l'algorithme calcule un plan décrivant la meilleure façon d'atteindre le but donné. Par la nature même des TITA Rules, cet algorithme est capable de gérer l'incertain (probabilités), l'imprécision temporelle, les contraintes temporelles disjonctives, ainsi que les événements exogènes prédictibles mais imprécis. / The learning of temporal patterns is a major challenge of Data mining. We introduce a temporal pattern model called Temporal Interval Tree Association Rules (Tita rules or Titar). This pattern model can be used to express both uncertainty and temporal inaccuracy of temporal events. Among other things, Tita rules can express the usual time point operators, synchronicity, order, and chaining,disjunctive time constraints, as well as temporal negation. Tita rules are designed to allow predictions with optimum temporal precision. Using this representation, we present the Titar learner algorithm that can be used to extract Tita rules from large datasets expressed as Symbolic Time Sequences. This algorithm based on entropy minimization, apriori pruning and statistical dependence analysis. We evaluate our technique on simulated and real world datasets. The problem of temporal planning with Tita rules is studied. We use Tita rules as world description models for a Planning and Scheduling task. We present an efficient temporal planning algorithm able to deal with uncertainty, temporal inaccuracy, discontinuous (or disjunctive) time constraints and predictable but imprecisely time located exogenous events. We evaluate our technique by joining a learning algorithm and our planning algorithm into a simple reactive cognitive architecture that we apply to control a robot in a virtual world.

Le travail produit s'inscrit dans un cadre industriel piloté par la société 2MoRO Solutions. La réalisation présentée dans cette thèse doit servir à l'élaboration d'un service à haute valeur, permettant aux exploitants aéronautiques d'optimiser leurs actions de maintenance. Les résultats obtenus permettent d'intégrer et de regrouper les tâches de maintenance en vue de minimiser la durée d'immobilisation des aéronefs et d'en réduire les risques de panne.La méthode que nous proposons comporte trois étapes : (i) une étape de rationalisation des séquences afin de pouvoir les combiner [...] / The present work is part of an industrial project driven by 2MoRO Solutions company.It aims to develop a high value service enabling aircraft operators to optimize their maintenance actions.Given the large amount of data available around aircraft exploitation, we aim to analyse the historical events recorded with each aircraft in order to extract maintenance forecasting. Theresults are used to integrate and consolidate maintenance tasks in order to minimize aircraft downtime and risk of failure. The proposed method involves three steps : (i) streamlining information in order to combinethem, (ii) organizing this data for easy analysis and (iii) an extraction step of useful knowledgein the form of interesting sequences. [...]