Programmation sûre de plates-formes embarquées de type multi/pluri-cœurs

The purpose of this document is to describe an overview of my work on the topic of "programming mutli/many-core COTS in the context of aeronautics" and to propose future research work.L’objectif de ce document est de décrire une synthèse des travaux que j’ai menés autour du thème de "la programmation sûre de plates-formes embarquées" et de proposer des perspectives de recherche pour les années à venir

UN ENVIRONNEMENT G-DEVS/HLA :<br />APPLICATION A LA MODELISATION ET SIMULATION DISTRIBUEE DE WORKFLOW

The researches of this thesis are divided in:− the proposition of conservative distributed simulation algorithms of models DEVS / G-DEVS,− the definition and the realization of a G-DEVS modeling and simulation (M&S) environment HLA compliant implementing the proposed algorithms,− the application of the environment in the M&S of Workflow.First, we introduced a G-DEVS distributed root coordinator component, including an algorithm of commu-nication with the RTI HLA based on the mechanism of conservative synchronization and using positive Looka-head. Then, we proposed two original algorithms for the computation of Lookahead concerning the current state of a G-DEVS model. These algorithms, based on the analysis of the variation domain of the “lifetime” function of the model, increase the performances of the distributed simulation as the led experiments illustrate it.Based on these approaches, we developed a distributed G-DEVS / HLA M&S environment. This environ-ment was integrated into an application of Workflow. The possibilities offered by the environment were illus-trated by the study of company's real cases of Workflow.Les travaux de cette thèse portent sur :− la proposition d'algorithmes de simulation distribuée conservative de modèles DEVS / G-DEVS,− la définition et la réalisation d'un environnement de modélisation & simulation (M&S) G-DEVS com-patible HLA implémentant les algorithmes proposés,− l'application de l'environnement à la M&S de Workflow.Dans un premier temps, nous avons introduit un composant coordinateur racine G-DEVS distribué, incluant un algorithme de communication avec le RTI HLA basé sur le mécanisme de synchronisation conservative et utilisant un Lookahead positif. Nous avons ensuite proposé deux algorithmes originaux pour le calcul d'un Loo-kahead relatif à l'état courant d'un modèle G-DEVS. Ces algorithmes, basés sur l'analyse du domaine de varia-tion de la fonction « durée de vie » du modèle, augmentent les performances de la simulation distribuée comme l'illustrent les expériences menées.Basé sur ces approches, nous avons développé un environnement de M&S distribué G-DEVS / HLA. Cet environnement a été intégré à une application de Workflow. Les possibilités offertes par l'environnement ont été illustrées par l'étude de cas réels d'entreprises

Métriques d'intégration pour le choix d'architectures dans la conception des systèmes mécatroniques

The integration of mechatronic systems is the main source of their design complexity. Three key types of integration are at stake: multi-domain integration which is intended to synergistically integrate mechanics, electronics, information technology and automation; multi-level integration taking into account the interfaces between the different system abstraction levels, and finally physical integration that aims at embedding a large number of components in an increasingly limited volume. The purpose of our approach is to propose a means of assessing this integration degree in mechatronic systems design, as early as possible in the design cycle. The predesign phase indeed generates numerous architectures that will be shared, analyzed, debated and revised before being assessed in order to select the most relevant one according to the specifications to be met. Designers then require means and effective tools to compare alternative architectures, to justify and trace their design choices and thus facilitate decision-making trade-offs. Based on Model-Based Systems Engineering (MBSE), the metrics we developed aim at evaluating and quantitatively comparing the integration degree of mechatronic architectures, in order to provide systems architects an efficient support to opt for the concept to be selected. The objectives addressed by these metrics are multi-level, multi-domain and physical integrations, as well as the innovation degree and finally the design project implementation of mechatronic systems. These metrics have been implemented in SysML and experimented with a CAD tool (CATIA) on different architectures of two mechatronic systems: a wheel hub motor and a hybrid powertrain. Finally, a method to generate customized metrics has been established to meet industrial needs, by taking into account specificities relating to the culture, organization, strategy of each company and their designers’ knowledge and feedbacks.L’intégration des systèmes mécatroniques est la source première de leur complexité de conception. Trois principaux types d’intégration sont en cause : l’intégration multi-domaine qui vise à intégrer en synergie la mécanique, l’électronique, l’informatique et l’automatique ; l’intégration multi-niveau prenant en compte les interfaces entre les différents niveaux d’abstraction du système et l’intégration physique dont l’objectif est d’agencer un maximum de composants dans un volume de plus en plus limité. L’objectif de cette thèse est de proposer un moyen d’évaluer cette intégration dans la conception des systèmes mécatroniques, le plus tôt possible dans le cycle de conception. En effet, la phase de préconception génère de nombreuses architectures qui vont être échangées, analysées, discutées et modifiées, avant d’être évaluées en vue de sélectionner les plus pertinentes au regard du cahier des charges à respecter. Dès lors, les concepteurs ont besoin de moyens et d’outils performants pour comparer les différentes architectures candidates, justifier et tracer leurs choix de conception et ainsi réduire la durée de la phase de décisions. S’appuyant sur les modèles générés par le processus d’ingénierie système basée sur les modèles (MBSE), les métriques que nous avons développées visent à évaluer et comparer quantitativement le degré d’intégration des architectures mécatroniques pour faciliter le choix du concept à retenir. Les objectifs adressés par ces métriques sont l’intégration multi-niveau, multi-domaine et physique, ainsi que le degré d’innovation et la mise-en-œuvre d’un projet de conception des systèmes mécatroniques. Ces métriques ont été implémentées en SysML et expérimentées dans un logiciel de CAO (CATIA) pour le choix d’architectures de deux systèmes mécatroniques, à savoir : le moteur-roue et le moteur hybride. Finalement, une méthode de génération de métriques personnalisées a été établie pour répondre au besoin industriel de prendre en compte les spécificités relatives à la culture, l’organisation, la stratégie de chaque entreprise et à l’expérience de leurs concepteurs

Commande d'une classe de systèmes hybrides par automates hybrides rectangulaires

Notre travail de recherche concerne l étude de la commande à base de modèles pour une sous-classe de systèmes dynamiques hybrides (SDH). L outil de modélisation choisi est l automate hybride rectangulaire (AHR) pour sa puissance d analyse. Nous proposons ainsi une méthode pour la synthèse de la commande des SDH modélisés par des AHR. Cette méthode repose sur l application d une procédure amont/aval de commande hors-ligne qui détermine d une façon maximale permissive les nouvelles gardes de transition de l automate respectant des spécifications de commande imposées par l utilisateur. Tous les calculs réalisés reposent sur la détermination de la durée de séjour, valeur contrainte par l espace atteignable du sommet correspondant. La garde portant à la fois sur l état continu et sur l événement discret, la commande se fait par ce dernier car il s agit du seul élément contrôlable. Nous nous intéressons alors à la construction du contrôleur temporisé autorisant l occurrence des événements contrôlables du système dans un intervalle d horloge défini au sens de la maximale permissivité.In this thesis, we study the control of a class of hybrid dynamic systems (HDS). The chosen modeling tool is the rectangular hybrid automaton (RHA) for his analysis power. We propose a method for the control synthesis of HDS modeled with RHA. This method consists on the application of a downstream/upstream offline control procedure that determines in a maximal permissive way the new automaton transition guards respecting the desired control specifications. All computations are based on the determination of the duration of stay, a value constrained by the reachable space of the corresponding location. Since the guard refers to both continuous state and discrete event, the control is made by the latter because it is the controllable element. Then we are interested in the construction of the timed controller authorizing the system controllable event occurrence in a clock interval defined in a maximal permissive way.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Une approche à base de modèles synergiques pour la prise en compte simultanée de l'utilisabilité, la fiabilité et l'opérabilité des systèmes interactifs critiques

Dans le cadre de la conception et du développement de systèmes interactifs critiques, lorsque le coût d'une erreur potentielle d'utilisation ou d'un dysfonctionnement du système peut dépasser le coût de développement de ce système ou se chiffrer en pertes humaines, les techniques, méthodes et processus actuellement proposés dans le domaine de l'IHM sont difficilement exploitables. D'une part, ils ne permettent pas de garantir simultanément les propriétés d'utilisabilité et de sûreté du système développé. D'autre part, la formation et la qualification des utilisateurs du système avant sa mise en opération n'est pas envisagée. Enfin, ces techniques, méthodes et processus ne fournissent pas les moyens de traçabilité exigés pour le développement de systèmes critiques. L'argumentaire de cette thèse s'appuie sur les avantages et limitations des approches existantes en termes de processus et notations de modélisation. Nous proposons une approche et montrons sa réalisation à travers un processus de développement d'un système interactif critique et de son programme de formation associé. Ce processus fournit un cadre conceptuel, une association d'étapes, des notations, et un environnement logiciel pour : le développement d'un système utilisable et sûr, le développement du programme de formation associé ainsi que la traçabilité des exigences et des choix de conception tout au long des différentes étapes. Il utilise certains principes de la conception centrée utilisateur et exploite de manière synergique les modèles des tâches, les modèles formels du comportement du système et le modèle de développement du programme de formation.In the field of interactive critical systems, the cost of a usage error or of a system failure can overcome the cost of the development of the system itself, and can result in loss of life, injury or damage to the system and its environment. Then, currently available Human Computer Interaction techniques, methods and processes are not sufficient, as they are not handling all of the design and development issues that are associated to interactive critical systems. First of all, these techniques, methods and processes do not enable to guarantee that the system will fulfil both usability and reliability properties. Then, they do not consider training and qualification of the users of the system. At last, they do not provide means for traceability of the needs and requirements through the whole development process. We propose an approach to develop interactive critical systems that are usable, reliable and operable and we describe the associated conceptual framework of our approach. We propose an implementation of this approach with a development process, notations and a software environment. The development process integrates phases for the development of the associated training program, and it provides support for the traceability of requirements and design choices during the whole phases of the process. This approach takes advantages from the User Centered Design paradigm and uses, in a synergistic way, task models, system's behaviour formal models and training program development model

ASAP approche orientée : services pour un support agile et flexible des processus de conception de produit dans les systèmes PLM

To cope with market dynamic and shortened time to market, industrial companies need toimplement an effective management of their design processes (DPs) and product information.Unfortunately, Product Lifecycle Management (PLM) systems which are dedicated to support designactivities are not efficient as it might be expected. Indeed, DPs are changing, emergent and nondeterministic, due to the business environment under which they are carried out. The aim of this workis to propose an alternative approach for flexible process support within PLM systems to facilitate thecoupling with the environment reality. The purpose of a support system is to accelerate the process byautomating the notification and dispatching of information and activities between actors. It also allowsto keep track of transactions and decisions made and to increase processes standardization. Our goal isto propose a solution which allows process change at run-time without having to redefine and restartthe whole of process activities. To achieve this, we proposed an approach based on service-orientedarchitectures (SOA). These architectures allow defining modular applications, using loosly coopledservices. They are mainly exploited for software systems and Web development. Our goal is to declinesuch architectures at the business level of a company in order to perform flexible DPs deploymentbased on services reuse and composition. We propose an identification approach for business levelservices (product design services) and functional PLM services. These services are organized in twocatalogs of business and functional services. Our approach is based on Model Driven Approach withthree levels which propose alignment mechanisms between business, functional and technical levels.These alignment mechanisms between levels allow integrating change and automating design processdeployment.La dynamique de l’offre et de la demande des produits manufacturiers ainsi que leraccourcissement de leurs cycles de vie obligent les entreprises industrielles à se doter de processus dedéveloppement produit dynamiques et agiles. Nos travaux se positionnement sur le supportinformatisé de ces processus de développement qui sont actuellement gérés par les systèmes PLM.L’objectif d’un support informatisé est d’accélérer le processus en automatisant la notification et ladiffusion des informations. Il permet également de garder trace des opérations et décisions effectuéeset d’accroître la standardisation des processus. Face à la rigidité des solutions actuellement proposéespour gérer les processus vis-à-vis des modifications survenant dans le processus, notre objectif est deproposer une approche permettant de modifier un processus en cours d’exécution sans devoir leredéfinir et le relancer dans son ensemble. Pour y parvenir, nous avons proposé, une approche quidécline une orientation services inspirée des architectures orientées services (SOA). Ces architecturespermettent de définir des applications modulaires, en utilisant des services faiblement couplés. Notreobjectif est de décliner une telle architecture exploitée essentiellement pour les systèmes logiciels et leWeb, au niveau métier de l’entreprise afin de modéliser et d’exécuter de manière flexible desprocessus de conception de produits par composition de services réutilisables. Nous proposons unedémarche d'identification des services du domaine métier des processus de conception produit et dudomaine fonctionnel du PLM. Ces services sont organisés dans deux catalogues de services métiers etfonctionnels. Notre approche s'inscrit dans le cadre de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) avecune architecture de réference à trois niveaux et des mécanismes d’alignement entre les niveaux métier,fonctionnel et logiciel. Ces mécanismes d'alignement entre les niveaux permettent d’intégrerl’évolution et d'automatiser le déploiement d’un processus de conception du niveau métier auxniveaux fonctionnel et logiciel

Atelier "Systèmes d'Information et de Décision pour l'Environnement" (SIDE 2009)

National audienceLes Systèmes d'Information et les Systèmes d'Aide à la Décision représentent des solutions de plus en plus performantes pour relever les récents challenges concernant la gestion et l'analyse des données environnementales. Souvent, le recueil ou l'acquisition des données environnementales restent dans le domaine environnemental un vrai challenge car les techniques mises en oeuvre (ex : enquêtes) ou l'instrumentation déployée (ex : satellite) sont lourdes et onéreuses. Or cette activité de recueil et d'acquisition est essentielle car sans information pertinente et de qualité les Systèmes d'Information ou d'Aide à la Décision deviennent rapidement inopérants. L'objectif de l'atelier est de présenter les dernières avancées dans le domaine des Systèmes d'Information mais aussi de présenter des outils et des méthodes permettant d'acquérir ou d'extraire de l'information d'une part et de mettre en forme cette information pour alimenter un système d'information d'autre part. L'atelier est ouvert aussi bien à la présentation de travaux déjà appliqués au contexte de l'environnement, qu'à des réflexions plus prospectives sur les possibilités d'utilisation d'un produit de la recherche en informatique pour une application environnementale. La journée d'atelier a été découpée en trois sessions. La première présente des méthodes et des outils permettant de mettre en forme des données sur l'eau, la seconde s'intéresse aux systèmes et méthodes pour la gestion des territoires et la troisième concerne les systèmes d'aide à la décision. Un premier article présente un système informatique pour la collaboration interdisciplinaire basée sur une théorie sociologique appliquée à des problématiques liées à l'eau. Un autre travail propose l'intégration d'outils d'analyse multicritères dans un S.I.G couplé à des modèles pour l'évaluation du potentiel aquifère des bassins versants. D'autres travaux portent sur une méthodologie de traitement d'images pour répondre à des besoins de modélisation hydrologique à différentes échelles. Les techniques multicritères et de statistiques spatiales sont au centre de deux autres articles, l'un pour la valorisation des continuums écologiques et l'autre pour l'analyse du développement urbain. La gestion des risques environnementaux est abordée par des recherches sur une infrastructure logicielle d'intégration à base d'agents ; une application est faite à l'évolution de la carte du risque d'incendie de forêt. Un papier présente une nouvelle architecture d'un système d'information pour la géolocalisation des animaux pour la prévention des risques sanitaires. Un article traite de l'écoulement des eaux et des polluants à l'échelle du bassin versant et introduit une méthode incrémentale et interactive d'apprentissage. Un dernier article décrit un outil d'extraction de connaissances pour l'aide à la qualification de l'état des milieux aquatiques. La qualité des travaux laisse présager une journée d'atelier particulièrement enrichissante. Nous remercions par ailleurs tous les membres du comité de programme pour leur excellent travail ainsi que les auteurs des articles

Ingénierie de la chaîne numérique d'industrialisation : proposition d'un modèle d'interopérabilité pour la conception-fabrication intégrées

This work focuses on the knowledge and the data management extracted from the manufacturing to ensure the interoperability in the digital chain. According to the extended enterprise and the factory of the future context, the aeronautics manufacturers tend to a design and manufacturing integrated platform in order to get a right part the first time.This work focus on manufacturing process control and capitalization of know-how from the manufacturing aiming at answering the following issue : How to enable interoperability for the digital production process in order to ensure an integrated and agile design and manufacturing ? This issue is addressed with two proposals : OntoSTEP-NC which focuses on how to model and structure the manufacturing knowledge from the CNC machine and Closed-Loop Manufacturing which focuses on how to re-use and integrate the information feedback from manufacturing to process engineering. Both combined those two proposals address the main issue of this work defining an interoperability framework for the factory of the future and address trends like the definition of guidelines for manufacturing in extended enterprise context. This work has been validated through a demonstrator and an industrial case study with various scenarios.Ce travail s'intéresse à la gestion d'information techniques et connaissances métiers issues de la production pour assurer l'interopérabilité et la continuité de la chaîne numérique. Dans un contexte d'entreprise étendue et de développement des technologies de l’information pour l'usine du futur, l'industrie aéronautique s'oriente vers une intégration flexible et agile des phases de conception et fabrication pour l'obtention de pièces bonnes du premier coup. C'est pour assurer la maîtrise des processus et la capitalisation des savoir-faire métier issus de la fabrication que ces travaux adressent la problématique suivante : comment élaborer un modèle d'interopérabilité de la chaîne numérique d'industrialisation, pour assurer une intégration agile de la conception et de la fabrication ? Pour ce faire, nous définissons deux propositions : OntoSTEP-NC pour permettre l'extraction et la structuration des données issues de la fabrication et Closed-Loop Manufacturing pour permettre l'intégration et la réutilisation des connaissances métiers capitalisées au niveau de l'industrialisation. Les apports de ces propositions se retrouvent dans la définition d'un cadre d'interopérabilité pour l'usine du futur mais également dans les enjeux tels que la définition de bonnes pratiques pour l'entreprise étendue en vue d'une harmonisation des processus de fabrication. Ces travaux ont été validés au travers d'un démonstrateur sur un cas d'étude industriel comportant plusieurs scénarii