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Aujourd'hui les processus métiers ont une place centrale dans les organisations et la question de leur fiabilité a attiré de plus en plus d'attention aussi bien du côté des industriels que de la communauté scientifique. En effet, une erreur ou un dysfonctionnement dans les modèles de production peut lourdement fragiliser les entreprises. Ce risque se voit exacerbé par l'importance grandissante que prennent l'automatisation et l'informatisation des processus. Ainsi, cette thèse s'intéresse aux problématiques liées à la vérification et la validation des processus et modèles de production d'une usine manufacturière. Pour répondre à ces besoins, deux approches ont été proposées dans le cadre de cette thèse. La première vise à améliorer le modèle informationnel des processus de production au travers d'une approche basée sur l'apprentissage automatique permettant de découvrir les règles qui correspondent au bon paramétrage du modèle informationnel. Une phase d'industrialisation est réalisée au sein d'une usine de fabrication de semi-conducteurs et les résultats obtenus sont présentés. La deuxième contribution concerne l'impact des données dans la perspective fonctionnelle d'un processus métier, qui limite l'utilisation de méthodes classiques de vérification. Ainsi, nous proposons une approche qui combine la simulation à événements discrets et le model-checking. La simulation permet de tirer profit des connaissances des experts dans le but d'identifier un sous-ensemble d'états où une propriété donnée est plus susceptible d'être insatisfaite permettant au model-checking de se concentrer sur ce sous-ensemble. L'approche est testée et validée sur un modèle de réseaux sur puces.
Les techniques formelles réalisent des modèles de spécifications et/ou de conception et servent principalement à l'analyse statique de code, à la démonstration du respect de propriété et à la bonne gestion des calculs sur les flottants. Différents domaines tels les systèmes de transport, la production d'énergie ou la santé prennent en compte l'implémentation de ces méthodes pour satisfaire les exigences de sécurité élevées des systèmes critiques. Leur mise en œuvre dans le cadre d'une application industrielle (application de grande taille, contrainte de coût et de délais, etc.) ne peut se faire que par l'emploi d'outils suffisamment matures et performants. Cet ouvrage collectif présente des exemples concrets d'utilisation des techniques formelles comme la méthode B, SCADE, MaTeLo, ControlBuild, SparkAda et POLYSPACE et des techniques de vérification associées. Il en identifie aussi les avantages et les difficultés.
Unique en son genre dans sa conception et dans son contenu, Labo-Stat - Guide de validation des méthodes d'analyses présente une nouvelle stratégie de validation selon une démarche raisonnée fondée sur le profil d'exactitude. Les techniques statistiques adaptées y sont explicitées sous une forme didactique et les solutions possibles ainsi que les limites éventuelles de diverses normes existantes sont largement développées et illustrées d'exemples concrets directement exploitables. Les applications numériques, sous forme de feuilles de calcul modèles pour des tableurs et des petits scripts, sont téléchargeables en ligne. Complétée par les explications de cet ouvrage, elles permettent au non-statisticien d'accéder aisément à une interprétration graphique des résultats. Labo-Stat a été conçu pour pouvoir être facilement utilisé sur la paillasse du laboratoire et permettre à tout un chacun, responsable, ingénieur, chercheur, technicien ou étudiant, de s'approprier les techniques indispensables pour déboucher sur une conclusion claire et sans ambiguïté et mener la validation des méthodes dans un souci de contrôle des coûts.
Actuellement, les applications interactives sont utilisées dans de nombreux domaines (guichets automatiques, tours de contrôle, ...), par des publics très différents (enfants, experts, handicapés, ...) et par un nombre important d'utilisateurs (interfaces de téléphones portables, ...) ou au contraire très spécifiques (logiciels conçus spécifiquement pour une entreprise, ...). Elles sont de ce fait très diverses et impliquent la recherche de techniques de conception adaptées. Afin de s'adapter à cette diversité, des recherches sont menées pour adapter les avancés technologiques en développant de nouvelles techniques d'interaction, de nouveaux supports d'interaction... De par ce besoin en systèmes interactifs adaptés et la multiplicité des paramètres à prendre en compte (plateforme, interaction, utilisateur), la conception et le développement des applications interactives sont devenus très coûteux. Afin de réduire ces coûts, des recherches sont actuellement menées sur le processus de conception. Cette thèse s’inscrit dans ces travaux. L'un des axes étudiés pour réduire le coût de production des applications interactives est la détection des erreurs le plus en amont possible pendant le processus de conception. Nous proposons de faciliter la vérification et la validation de la dynamique des applications (plus spécifiquement dénommée dialogue) tout au long de la conception, en fonction des spécifications recueillies auprès des futurs utilisateurs, exprimées sous forme de modèles de tâches. Les modèles de dialogue et les modèles de tâches représentent deux points de vue différents et complémentaires pour une même application. Nous proposons une approche de vérification de cohérence entre ces deux modèles tout au long du cycle de vie de l'application. Pour cela, nous avons défini des règles de cohérence entre les modèles que nous vérifions formellement en utilisant une méta-modélisation des formalismes que nous avons choisis après évaluation de leur utilisation pour une conception centrée-utilisateur. Cette thèse fait appel à des connaissances dans les domaines de l'ergonomie, de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) et de l'Interaction Homme-Machine.
Le problème pratique support de la thèse concerne l'optimisation de la stratégie de production journalière d'énergie électrique et thermique urbaine de la société GENCO. Le support informatique au processus d'optimisation en place à savoir le logiciel BoFiT TEP (Daily Operation Optimization and Portfolio Management) permet de construire un modèle simulant le fonctionnement du réseau de centrales. Le résultat du processus de décision est un scénario de production obtenu par un processus itératif. Pour initier le processus, un expert propose un scénario à partir de données liées au marché. Les caractéristiques des scénarios de production sont fournies au logiciel BoFiT TEP qui dans un premier temps les transforme en un problème d'optimisation de type mixed integer problem (MIP) dont le but est de trouver la combinaison de ressources du réseau à faire fonctionner au moindre coût et dans les contraintes du scénario. L'optimisation est ensuite réalisée par un outil standard CPLEX. L'expert analyse ensuite le résultat pour le valider ou proposer un nouveau scénario. Le processus se poursuit dans un temps limité (1h) et une décision est prise par l'expert. Les temps de calcul sont considérés comme trop long car ils ne permettent pas à l'expert de réaliser suffisamment d'itérations. Les temps de calcul augmentent avec le nombre d'éléments de détails mis dans le modèle. Le problème initial peut être exprimé sous la forme d'une contradiction : nous voulons avoir beaucoup d'éléments dans le modèle afin d'améliorer la stratégie de production (maximisation du bénéfice pour GENCO), et en même temps nous ne voulons pas avoir pas beaucoup d'éléments dans le modèle parce que la consommation de temps du processus de calcul augmente avec le volume de données à traiter. [Figure 1.Processus de production de scénario] La compréhension approfondie du système de production de scénarios en vue de son optimisation n'est pas immédiate pour plusieurs raisons :Le nombre de variables à traiter est important et évolue dans le temps, Le processus de préparation des scénarios relève de connaissances de plusieurs domaines, le marché et les statistiques, les divers modèles de production d'énergie, des processus de calcul. Certaines activités du processus, notamment la production de scénarios et leur validation, relèvent de connaissances implicites. En fait, l'interface entre les modèles cités précédemment n'est pas formalisée.Pour les raisons évoquées précédemment, une perception de l'influence des différents systèmes composant le processus de production de scénarios sur son optimisation s'avère nécessaire. L'un des objectifs de cette thèse est de proposer une démarche et des outils permettant d'identifier les problèmes clés liés à l'évolution du processus de production des scénarios et de donner une vision de leurs liens, d'aider à la prise de décision quant aux tactiques de résolution et, enfin, de mettre en forme cet ensemble de problèmes dans un formalisme permettant l'utilisation itérative d'outils et de méthodes de résolution de problèmes inventifs. Ce dernier point est nécessaires dans notre cas, car l'optimisation individuelle des éléments du système de production de scénario ne permettra pas de satisfaire les performances attendues à terme du système ; il faudra donc modifier le modèle du système, en inventer un nouveau qui résoudra des contradictions inhérentes au système existant. En principe, différents outils et méthodes générales sont disponibles pour atteindre les résultats escomptés cités dans le paragraphe précédent. Deux approches s'opposent pour l'exploitation de ces outils. La première consiste à choisir un outil générique d'analyse de notre système et de l'adapter au problème traité. La seconde approche, que nous avons choisie, est de combiner des méthodes existantes pour tirer profit des valeurs ajoutées de leurs différences. La difficulté lors de l'emploi de cette tactique est de combiner à bon escient et de contrôler l'extraction de l'information utile au traitement de notre problème spécifique. En effet, d'une part les informations issues de ces méthodes se recouvrent partiellement et, d'autre part, les informations de différentes natures issues de ces méthodes sont à mettre en cohérence. Le second objectif de cette thèse est d'apporter une contribution méthodologique aux démarches générales d'analyse de systèmes complexes en vue de la résolution des contradictions associées à leur évolution (i.e : les résultats de l'analyse doivent permettre l'utilisation des méthodes de résolution de problème issues des théories de résolution des problèmes inventifs). En terme de conception de méthode, le conflit à résoudre est résumé sur la figure 2 ci-dessous. [Figure 2: Contradiction associée à la construction de la méthode d'analyse] La méthode proposée en résultat de nos travaux repose sur la maîtrise et le contrôle des différents outils utilisés à partir d'une classification en trois familles: Les outils d'exploration qui permettent de décrire et d'explorer le système étudié, Les outils permettant d'orienter et de guider vers les étapes suivantes, Les outils de gestion de l'information et d'évaluation. Le mémoire se compose de 6 chapitres. Le chapitre 1 décrit les approches connues d'analyse des systèmes complexes et formule le problème méthodologique abordé dans cette étude. Le chapitre 2 présente le système préparation et de validation de scénarios de production d'énergie. Le chapitre 3 présente la catégorisation des outils d'analyse utilisés pour le traitement du cas d'étude. Le chapitre 4 aborde l'utilisation d'outils d'analyse proposés sur le cas de la génération d'une stratégie de production. Le chapitre 5 présente la méthode proposée. La conclusion et les perspectives du travail sont présentées dans le chapitre 6. Portée et buts L'introduction présente en détail les propriétés de quelques approches de résolution de problème et d'analyse de système complexe (théorie des agents, théorie des systèmes dynamiques, etc..). Les caractéristiques principales d'un système complexe sont présentées sur l'exemple des systèmes traités en ingénierie de l'environnement. La comparaison des approches existantes et des caractéristiques des systèmes complexes est employée pour formuler le but et la portée de notre recherche. Le système de préparation de la stratégie journalière de production Le système de préparation des stratégies de production journalière est introduit dans ce chapitre. Le système est décrit de plusieurs points de vue : sa position dans l'environnement, le processus de prise de décision. L'utilisation du modèle technologique et des scénarios par le logiciel BoFiT TEP sont également présentés. Outils d'analyse - introduction Les outils d'analyse utilisés sont classés dans les catégories suivantes : des théories, des méthodes, des techniques, des procédures, des règles, des modèles et des concepts. Des outils d'analyse appliqués dans le chapitre suivant sont classés selon la description de l'objectif et du domaine d'application. Analyse du problème de préparation de scénarios L'analyse du problème de la préparation de la génération d'énergie débute par l'application d'outils simples permettant de collecter l'information de base sur le système. Ce type d'outils est appelé par la suite "outils d'exploration". Ces outils sont complétés par des outils d'organisation des résultats de l'analyse.Synthèse et généralisation : l'approche proposée La construction de cette approche a été effectuée pendant lors de l'analyse du système de préparation des scénarios. La méthode d'analyse peut elle aussi être considérée comme un système d'activités. L'analyse de ce système montre qu'il lui manque un système de contrôle. Ce système de contrôle de l'analyse est porte sur trois points : l'exploration du système, une aide à l'orientation des activités suivantes, et enfin la gestion des informations. Le rôle du système de contrôle est de combiner judicieusement et d'aligner les méthodes existantes au cas particulier traité. Ainsi les outils existants utilisés lors d'une étude ne sont pas connus au départ de l'application de la méthode. Conclusion et perspectives La méthode proposée permet de tirer parti de l'utilisation de plusieurs méthodes sans en avoir les inconvénients pratiques grâce au système de contrôle de l'information. Cette approche permet de construire en temps réel la démarche adaptée à un système donné. Cette approche a permis dans le cas de la préparation des stratégies journalières de production d'énergie d'améliorer la communication avec les experts de divers domaines, d'avoir une compréhension globale et partagée entre experts des problèmes clés, et enfin d'avoir une meilleure compréhension des sous problèmes.
Le cadre général dans lequel se situe cette thèse concerne l’amélioration de la vérification et la validation des modèles de simulation par l'intégration des méthodes formelles. Notre approche consiste à doter les modèles DEVS d’une approche de vérification formelle basée sur le langage Z. DEVS est un formalisme qui permet la description et l'analyse du comportement des systèmes à évènements discrets, c'est à dire, les systèmes dont le changement d'état dépend de l'occurrence d'un évènement. Un modèle DEVS est essentiellement validé par la simulation qui permet de vérifier si celui ci décrit bien le comportement du système. Cependant, la simulation ne permet pas de détecter la présence d’une éventuelle inconsistance dans le modèle (un conflit, une ambiguïté ou une incomplétude). Pour cela, nous avons intégré un langage de spécification formelle dans le formalisme DEVS connu sous le nom de Z. Cette intégration consiste à: (1) transformer un un modèle DEVS vers une spécification Z équivalente et (2) vérifier la consistance de la spécification résultante utilisant les outils développés par la communauté Z. Ainsi un modèle DEVS est soumis à une vérification formelle automatique avant son passage à la phase de simulation.
Parmi les problèmes liés à l’exploitation des systèmes production, la difficulté réside dans la gestion de leurs modes tout en garantissant leur compatibilité et leur cohérence. Le but de notre recherche consiste à contribuer à la modélisation et la vérification et validation (V&V) pour la gestion des modes. Le système de contrôle commande (C-C) des systèmes flexibles de production manufacturière (SFPM) développé dans le cadre du projet caspaim nous a servi comme cadre privilégié pour mener notre travail. Dans la démarche de modélisation que nous proposons, le modèle fonctionnel représente l’ensemble des flexibilites de production d’un SFPM. Il est générique et basé sur le concept de réutilisation. Les spécifications relatives au comportement des entités de ce modèle écrites en synccharts permettent de fournir des mécanismes formels de vérification assurant le déterminisme et la sûreté de fonctionnement. Dans la suite de la démarche de conception proposée, nous avons étudié et formalisé la mise en œuvre de la V&V des propriétés du modèle établi. Un cadre formel sur la V&V d’une spécification écrite en synccharts est proposé. Les propriétés recherchées sont formalisées dans le cadre général relatif aux systèmes réactifs des processus de C-C et d’autre part dans le cadre particulier du modèle de gestion des modes des SFPM. Les propriétés génériques et les propriétés spécifiques au système modélisé sont présentées et illustrées. Les outils de spécification et d’analyse formelle des synccharts intégrés à l’environnement esterel studio sont utilisés tout au long de notre démarche. L’étude est illustrée autour d’un exemple d’une cellule flexible de production manufacturière.