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L'automatisation totale ou partielle d'un processus de résolution de problèmes nécessite une analyse, une modélisation puis une traduction en un programme informatique des connaissances humaines. En désignant les objets qui nous entourent, en les organisant en structures signifiantes, la connaissance possède un rôle de médiation entre une réalité perçue et des interprétations rationnelles. Mais quels sont le rôle et la nature des connaissances mobilisées par l'humain dans le cadre d'une activité de résolution de problèmes ? Dans quelle mesure ces connaissances sont-elles modélisables ? Sous quels formalismes ? Quelles sont les connaissances mises en jeu dans un processus de modélisation ? Quelle méthodologie adopter pour traduire des connaissances humaines en programmes informatiques ? C'est à ces questions fondamentales que cherche à répondre cette excellente introduction à la modélisation cognitive. L'ouvrage s'adresse aux ingénieurs, étudiants et chercheurs en intelligence artificielle, en modélisation et plus particulièrement en ingénierie des connaissances.
La conception inventive joue un rôle dont l'importance est croissante dans le monde industriel. Non encore maîtrisée, cette activité souffre d'un manque de formalisation des étapes à réaliser pour être menée avec succès. L'une des difficultés de la conception est d'identifier, à travers la formulation d'un objectif, la raison qui rend la réalisation de cet objectif problématique. Formulation et résolution de problèmes sont un champ d'investigation de l'Intelligence Artificielle. Cette discipline a su formaliser nombre d'outils d'assistance à la résolution de problèmes dans des champs variés. La spécificité de la conception inventive, qui rend délicate l'application des outils d'Intelligence Artificielle, est liée à la nature des problèmes à résoudre, qui sont ouverts et mal définis. La TRIZ, théorie de résolution des problèmes inventifs, propose un ensemble de méthodes et d'outils pour la formulation, puis la résolution, des problèmes à résoudre. La TRIZ est, à ce titre, une voie prometteuse pour la synthèse d'outils d'assistance à la formulation de problèmes. Pour parvenir à la conception de tels outils, un travail de formalisation de cette théorie est à mener au préalable.La thèse présentée ici s'attache à répondre au manque de formalisation de la TRIZ. Cet objectif répond au manque scientifique permettant de reconnaître la TRIZ en tant que théorie ; et de proposer un outil informatique d'assistance à la formulation des problèmes, selon les cadres de la TRIZ, enjeu industriel reconnu. La méthode déployée s'appuie sur les outils de l'Intelligence Artificielle pour construire une ontologie de la formulation des problèmes en conception inventive de systèmes techniques, selon les cadres de la TRIZ. Cette ontologie est une représentation centrée-objet des concepts liés à la formulation des problèmes. Cette représentation est validée par une analyse, en logique de description, de la cohérence de la hiérarchisation des concepts et de leur bonne définition. L'opérationnalisation du modèle s'appuie sur la programmation d'une interface d'instanciation. Cette interface est basée sur un moteur de systèmes experts à base de règles.
ETUDE SUR L'AIDE A LA CONCEPTION DES BATIMENTS D'HABITATION, AVEC LES APPORTS DE L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE. PRESENTATION DU LOGICIEL DEDALE, AVEC 4 MODULES: REPRESENTATION SYSTEMIQUE DU PROJET; STRATEGIE DE MODIFICATION DU PROJET; CONSTRUCTION D'UN PROBLEME MULTICRITERE EXTRAIT DU PROJET GLOBAL ET RESOLUTION DU PROBLEME CONSTRUIT. EXEMPLE D'UTILISATION DU LOGICIEL ET PERSPECTIVES DE DEVELOPPEMENT
Nous proposons la réalisation d'un Environnement de Programmation Emergente, permettant de concevoir des systèmes complexes adaptatifs afin de répondre au problème de complexité croissante de la programmation, au problème du dynamisme du système et de l'environnement, ainsi qu'à la méconnaissance du problème et de la solution. Pour cela, nous utilisons comme bases le concept de l'émergence et la technologie des systèmes multi-agents dont le fonctionnement repose sur des mécanismes d'Auto-organisation coopératifs conformes à la théorie AMAS (Adaptive Multi-Agent Systems). L'objectif général est alors de réaliser un langage complet de programmation dans lequel chaque instruction est un agent autonome cherchant à être coopératif avec les autres agents du système, ainsi qu'avec l'environnement du système. En dotant ces agents-instructions de mécanismes d'auto-organisation, nous obtenons un système capable de s'adapter continuellement à la tâche requise par le programmeur (i.e. de s'auto-programmer suivant les besoins). Le travail présenté dans ce document montre la faisabilité d'un tel concept en spécifiant, puis en soumettant à expérimentation, un noyau consacré à un sous-ensemble du calcul mathématique. Parallèlement, cette approche par Emergence est généralisée à tout type de résolution de problèmes. Nous proposons une réflexion sur les caractéristiques particulières du problème de la programmation émergente en particulier et des problèmes traitables par auto-organisation en général. Nous définissons alors un cadre strict pour l'utilisation des mécanismes de réorganisation afin que ceux-ci permettent l'apparition de ce phénomène si particulier, l'émergence.
CE TRAVAIL CONSISTE AU DEVELOPPEMENT D'UNE APPROCHE GENIE LOGICIEL POUR OPTIMISER LA RESOLUTION DE PROBLEMES PAR BUT (SYSPREB). SYSPREB PERMET LE TRAITEMENT FACILE D'UNE GRANDE QUANTITE D'INFORMATIONS, LA DECOMPOSITION FACILE DES ENTITES COMPOSANT UN SYSTEME EN UNITES AUTONOMES ET DYNAMIQUES, LA MISE A JOUR D'INFORMATIONS SANS LE DEVELOPPEMENT D'UN CONTROLE TROP RIGOUREUX ET ENFIN LE DEVELOPPEMENT D'UN SYSTEME DYNAMIQUE DE RESOLUTION DE PROBLEMES. CE SYSTEME EST ENSUITE UTILISE DANS L'ETUDE DU COMPORTEMENT DE ROBOT MOBILE AUTONOME EN UNIVERS PARSEME D'OBSTACLES. SYSPREB VIENT EN AIDE AU CONCEPTEUR DE PLAN: D'ABORD EN AMENANT CE DERNIER A SPECIFIER DE MANIERE RIGOUREUSE CE QU'IL A A FAIRE ET ENSUITE EN L'AIDANT A LE FAIRE LE MIEUX POSSIBLE. METTANT A PROFIT LES ALGORITHMES EXISTANTS, LES ROTATIONS FORMELLES, LES FORMALISMES DE REPRESENTATION DES CONNAISSANCES, SYSPREB PERMET L'OPTIMISATION DES RESULTATS. SYSPREB SE DISTINGUE PAR SON ARCHITECTURE DE SYSTEME MULTI-AGENTS. LA COMPLEXITE DU SYSTEME, LOIN D'AUGMENTER AVEC LA BASE DE CONNAISSANCES, SE TROUVE CONSIDERABLEMENT REDUITE. SYSPREB OFFRE A L'UTILISATEUR UN ENSEMBLE DE RAISONNEMENT PARTAGES ENTRE PLUSIEURS AGENTS ET UN SYSTEME DE COMMUNICATION QUI ASSOCIE LES FORMALISMES DE TABLEAU NOIR ET D'ACTEURS. CE MODE DE COMMUNICATION DE SYSPREB OFFRE LES AVANTAGES SUIVANTS: RESOLUTION EFFICACE DES PROBLEMES, POSSIBILITE D'INTEGRATION DE PLUSIEURS EXPERTISES, FIABILITE, REUTILISABILITE, ET ENFIN EVOLUTION DYNAMIQUE DURANT LA RESOLUTION DE PROBLEMES. PAR LA SPECIFICITE DE SON SYSTEME A TABLEAU NOIR, SYSPREB A UNE VUE GLOBALE ET COHERENTE DE LA RESOLUTION A TRAVERS LE COMPORTEMENT DE CHAQUE AGENT QUI INTERVIENT PENDANT CETTE RESOLUTION
LA CONCEPTION EST UNE DES TACHES INTELLECTUELLES DES PLUS NOBLES ET DES PLUS COMPLEXES DE L'HOMME. EN PARTICULIER DANS LE MONDE INDUSTRIEL, LA CONCEPTION EST DEVENUE LE PROPRE DE L'INGENIEUR, METIER QU'IL EXERCE AVEC TRES PEU D'OUTILS METHODOLOGIQUES ET INFORMATIQUES POUR LES PHASES PRELIMINAIRES DU DESIGN. LES TECHNIQUES D'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE, ET TOUT PARTICULIEREMENT LES SYSTEMES A BASE DE CONNAISSANCES (SBC), OFFRENT DES MOYENS POTENTIELS POUR AIDER L'INGENIEUR DANS SON ACTIVITE CREATRICE, ET AUTOMATISER SES TACHES ROUTINIERES, ET AINSI LUI LAISSER OBTENIR LA QUALITE SOUHAITEE POUR LES ETUDES PRELIMINAIRES. LA REFLEXION MENEE LORS DE CETTE THESE, S'EST FOCALISEE SUR LES MODELES THEORIQUES DU DESIGN, SUR LES MECANISMES DE REPRESENTATION EN IA POUR LA CONCEPTION EN INGENIERIE, ET SUR L'ORGANISATION DU CONTROLE ET DE LA COMMUNICATION POUR LA COOPERATION DE SBC. UNE REFLEXION MOTIVEE PAR LA REALISATION D'UN ENVIRONNEMENT INTEGRE DE CONCEPTION AUTOMATISEE, POUR LE DOMAINE PORTUAIRE, EXPORT. CETTE THESE ABORDE EN EFFET LA CONCEPTION EN INGENIERIE EN TANT QU'ACTIVITE DE RESOLUTION DE PROBLEME. ELLE PROPOSE L'UTILISATION DE TECHNIQUES DES SBC POUR LA REALISATION D'UN TEL ENVIRONNEMENT, INTEGRANT DES TECHNIQUES ET DES OUTILS DIVERS (EXISTANTS OU NON). LA QUESTION PRINCIPALE EST ALORS D'ORGANISER, AU SEIN D'UNE ARCHITECTURE ADAPTEE, DE TELS SYSTEMES INDUSTRIELS (OPERATIONNELS) DE CONCEPTION INTELLIGENTE ASSISTEE PAR ORDINATEUR (CIAO). IL S'AGIT EN PARTICULIER D'ORGANISER LES CONNAISSANCES (DE CONTROLE ET DE DOMAINE), DE LES REPARTIR POUR OBTENIR DES FACTEURS DE QUALITE LOGICIELLE ACCEPTABLES (MAINTENABILITE, MODULARITE, REUTILISABILITE, FIABILITE, FAISABILITE, ETC.). NOUS PROPOSONS UNE ARCHITECTURE DE TABLEAU, AVEC DES CONNAISSANCES DISTRIBUEES, ET UN CONTROLE HIERARCHIQUE. CETTE REPONSE EST SATISFAISANTE POUR LA CLASSE DE PROBLEMES DE CONCEPTION ROUTINIERE, OU INTERVIENNENT DES SPECIALISTES (SBC) FAIBLEMENT COUPLES ENTRE EUX
LA PROBLEMATIQUE GENERALE QUI ORIENTE NOTRE TRAVAIL CONCERNE LA CAPACITE DE GROUPES D'AGENTS A S'AUTO-ORGANISER POUR PRODUIRE DES REPONSES FONCTIONNELLES COLLECTIVES. ELLE S'INSERE DANS LA PROBLEMATIQUE PLUS VASTE DE L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE DISTRIBUEE, QUI EST DE FAIRE FONCTIONNER DE MANIERE COOPERATIVE DES AGENTS INFORMATIQUES AU SEIN DE SYSTEMES MULTI-AGENTS. NOUS NOUS INTERESSONS PLUS PARTICULIEREMENT A L'EMERGENCE DE CES REPONSES AU SEIN DE GROUPES D'AGENTS NON-INTELLIGENTS INDIVIDUELLEMENT, ENCORE APPELES AGENTS REACTIFS. CE CHOIX NECESSITE DE COMPRENDRE LES COMPORTEMENTS INDIVIDUELS ET INTER-INDIVIDUELS QUI PERMETTENT L'APPARITION ET LE MAINTIEN D'UNE DYNAMIQUE COLLECTIVE ALORS MEME QU'AUCUN AGENT N'EST CAPABLE DE PENSER CETTE DYNAMIQUE. COMME LES TRAVAUX THEORIQUES PORTANT SUR L'AUTO-ORGANISATION OU L'EMERGENCE DE PROPRIETES SONT ENCORE LOIN D'ETRE FINALISES, LE POINT DE VUE QUE NOUS DEFENDONS ICI EST QU'IL EST POSSIBLE DE S'INSPIRER DE PROCESSUS AUTO-ORGANISES EXISTANTS POUR CONSTRUIRE DES LOGICIELS EXPLOITANT CES PROPRIETES. POUR CELA, DEUX TYPES D'ETUDES ONT ETE REALISEES: ? UNE ETUDE DE SIMULATION S'ATTACHANT A REPRODUIRE LE FONCTIONNEMENT D'UNE COLONIE DE FOURMIS EN UTILISANT UN SYSTEME REACTIF, OU CHAQUE FOURMI EST REPRESENTEE DANS LE SYSTEME PAR UN AGENT POSSEDANT UN COMPORTEMENT DU TYPE STIMULUS/REPONSE. NOUS REPRODUISONS FIDELEMENT, AVEC CE SYSTEME TOTALEMENT DECENTRALISE, LA DYNAMIQUE DE FONDATION D'UNE SOCIETE ET LA STRUCTURATION DE L'ENSEMBLE DES AGENTS-FOURMIS AU SEIN D'UNE DIVISION GLOBALE DU TRAVAIL. OUTRE QUE CES RESULTATS NOUS FOURNISSENT L'OCCASION DE MONTRER LE LARGE CHAMP D'APPLICATION D'UNE APPROCHE MULTI-AGENTS DE LA SIMULATION, ILS PEUVENT ETRE INTERPRETES COMME LA REPONSE FONCTIONNELLE ET AUTO-ORGANISEE D'UN GROUPE D'AGENTS AUX PROBLEMES QUE LUI POSE SON ENVIRONNEMENT. ?LA SECONDE ETUDE DEVELOPPE DANS LE DOMAINE DE LA RESOLUTION DE PROBLEMES CETTE CAPACITE AUTO-ORGANISATRICE, EN S'ATTACHANT TOUT D'ABORD A EXTRAIRE DE LA SIMULATION REALISEE LES PARADIGMES QUI NOUS FOURNISSENT LA BASE D'UN SYSTEME DE RESOLUTION COLLECTIVE DE PROBLEMES. NOUS MONTRONS AINSI COMMENT CONCEVOIR DES SYSTEMES REACTIFS CAPABLES DE RESOUDRE DES PROBLEMES COMME LE TRI COLLECTIF OU LA RECHERCHE D'ECHANTILLONS DANS UN ENVIRONNEMENT ALEATOIRE, EN S'INSPIRANT DIRECTEMENT DES COMPORTEMENTS DES AGENTS-FOURMIS DE LA SIMULATION. NOUS MONTRONS ENSUITE QU'UNE APPROCHE REACTIVE PEUT ETRE APPLIQUEE A DES PROBLEMES CLASSIQUES EN INTELLIGENCE ARTIFICIELLE, COMME PENGI ET LE TAQUIN, EN OFFRANT DE BIEN MEILLEURS RESULTATS QUE TOUTES LES APPROCHES PRECEDEMMENT EMPLOYEES. NOUS EN MONTRONS CEPENDANT AUSSI LES LIMITES POTENTIELLES, NOTAMMENT DANS LE CADRE DU JEU D'ECHECS