Contraintes sur les réels et contraintes sur les flottants: contributions.

Mes recherches ont principalement porté sur la programmation par contraintes, avec deux thèmes de prédilection, les contraintes sur les réels et les contraintes sur les flottants.Sur les réels, ces travaux se caractérisent principalement par l’utilisation rigoureuse de relaxations linéaires pour la résolution de systèmes de contraintes sur les réels et d’optimisation globale d’une fonction réelle soumise à un ensemble de contraintes sur les réels. Dans le premier cas, notre approche s’appuie sur un filtrage global qui capture le sous-système linéaire augmenté d’un certain nombre de relaxations linéaires de termes non linéaires. Dans le second cas, les relaxations linéaires sont utilisées afin de déterminer une borne inférieure de la fonction objectif. Dans les deux cas, le calcul des coefficients des relaxations linéaires est effectué par des procédures rigoureuses garantes de la préservation de l’ensemble des solutions du problème initial, et le système linéaire obtenu est résolu à l’aide d’un simplexe dont le minimum global est lui aussi calculé de manière rigoureuse.Sur les flottants, ces recherches se sont traduites par l'introduction des contraintes sur les flottants. Ce type de contraintes particulières n’avait pas d’existence avant ces travaux. Elles sont pourtant nécessairement pour traiter des expressions faisant appel à des calculs sur les flottants, chose à laquelle de plus en plus de programmes font appel. Ces recherches partent de l’introduction d’un cadre pour les traiter correctement, pour s’attacher ensuite à améliorer le fonctionnement d’un solveur sur les flottants, que ce soit en introduisant une forme de filtrage plus performante basée sur une consistance de type 2B, en améliorant le fonctionnement de projections particulières telles que l’addition et la soustraction, en plongeant les contraintes sur les flottants dans les réels, ou en faisant collaborer contraintes sur les flottants et interprétation abstraite. Une application à la détection de fausses alarmes illustre le fonctionnement des outils développés sur un exemple industriel

Modèle de coopération entre calcul formel et calcul numérique pour la simulation et l'optimisation des systèmes

Après avoir étudié les collaborations établies aujourd'hui entre différents environnements de résolution de problèmes, le manuscrit propose un modèle de conception d'un système de calcul basé sur la coopération entre calcul formel et numérique. Cette coopération entre différents sous-systèmes de calcul est de type complémentaire : les rôles sont définis a priori. Suivant une démarche orientée modèle, le modèle de coopération est spécifié en UML 2.0 selon la vue structurelle et la vue comportementale. A partir du modèle conceptuel, nous définissons les règles de transformation pour produire le modèle d'implémentation spécifique de la "plate-forme" FORTRAN 90. Au vu des résultats d'études particulières en génie des procédés - la solvatation d'acides forts, et la distillation de Rayleigh- il apparaît que la démarche de calcul coopératif proposée : apporte plus d'expressivité lors de la modélisation; incite à modéliser les systèmes physiques à l'aide de fonctions, souvent implicites; permet la réutilisation de modèles par la composition et l'assemblage de fonctions; et apporte plus de fiabilité lors de la simulation, notamment grâce au calcul précis des dérivées des modèles. ABSTRACT : After investigating state-of-the-art collaborations between various environments aimed at system resolution, this paper presents a design model for a calculation system based on the co-operation of formal and numerical calculations. This co-operation between multiple sub-systems is complementary: the roles are defined a priori. Following an object-oriented approach, the model is specified via UML 2.0, in terms of the structural and behavioural views. From the conceptual model, we define the transformation rules required to create the implementation - specific model for the FORTRAN 90 platform. From the results witnessed within specific process engineering studies - namely the solvation of strong acids and Rayleigh's distillation - it can be seen that this co-operative approach: empowers us with an improved expressivity at the modelling stage; instigates physical modelling using (often implicit) functions; allows model re-use through function aggregation and assembly; and brings a greater reliability during simulation, notably as a result of the precise calculation of derivatives of the mode

Optimisation numérique pour la robotique et exécution de trajectoires référencées capteurs

Le travail présenté dans cette thèse est divisé en deux parties. Dans la première partie, un modèle pour la représentation unifiée de problèmes d'optimisation numérique est proposé. Ce modèle permet de définir un problème d'optimisation indépendamment de la stratégie utilisée pour le résoudre. Cette représentation unifiée est particulièrement appréciable en robotique où une solution analytique des problèmes est rarement possible. La seconde partie traite de l'exécution de mouvements complexes asservis sur un robot humanoïde. Lors de la locomotion d'un tel système, les glissements des points de contact entraînent une dérive qu'il est nécessaire de corriger. Nous proposons ici un modèle permettant d'asservir une tâche de locomotion sur un capteur externe afin de compenser les erreurs d'exécution des mouvements. Un modèle est également proposé permettant de représenter des séquences de tâches de locomotion et de manipulation asservies. Enfin, une méthodologie pour le développement d'applications robotiques complexes est établie. Les stratégies proposées dans le cadre de cette thèse ont été validées sur la plate-forme expérimentale HRP-2.The presented work is divided into two parts. In the first one, an unified computer representation for numerical optimization problems is proposed. This model allows to define problems independently from the algorithm used to solve it. This unified model is particularly interesting in robotics where exact solutions are difficult to find. The second part is dealing with complex trajectory execution on humanoid robots with sensor feedback. When a biped robots walks, contact points often slip producing a drift which is necessary to compensate. We propose here a closed-loop control scheme allowing the use of sensor feedback to cancel execution errors. To finish, a method for the the development of complex robotics application is detailed. This thesis contributions have been implemented on the HRP-2 humanoid robot.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Optimisation numérique pour la robotique et exécution de trajectoires référencées capteurs

Le travail présenté dans cette thèse est divisé en deux parties. Dans la première partie, un modèle pour la représentation unifiée de problèmes d'optimisation numérique est proposé. Ce modèle permet de définir un problème d'optimisation indépendamment de la stratégie utilisée pour le résoudre. Cette représentation unifiée est particulièrement appréciable en robotique où une solution analytique des problèmes est rarement possible. La seconde partie traite de l'exécution de mouvements complexes asservis sur un robot humanoïde. Lors de la locomotion d'un tel système, les glissements des points de contact entraînent une dérive qu'il est nécessaire de corriger. Nous proposons ici un modèle permettant d'asservir une tâche de locomotion sur un capteur externe afin de compenser les erreurs d'exécution des mouvements. Un modèle est également proposé permettant de représenter des séquences de tâches de locomotion et de manipulation asservies. Enfin, une méthodologie pour le développement d'applications robotiques complexes est établie. Les stratégies proposées dans le cadre de cette thèse ont été validées sur la plate-forme expérimentale HRP-2. ABSTRACT : The presented work is divided into two parts. In the first one, an unified computer representation for numerical optimization problems is proposed. This model allows to define problems independently from the algorithm used to solve it. This unified model is particularly interesting in robotics where exact solutions are difficult to find. The second part is dealing with complex trajectory execution on humanoid robots with sensor feedback. When a biped robots walks, contact points often slip producing a drift which is necessary to compensate. We propose here a closed-loop control scheme allowing the use of sensor feedback to cancel execution errors. To finish, a method for the the development of complex robotics application is detailed. This thesis contributions have been implemented on the HRP-2 humanoid robot

Un cadre formel de décision pour la planification multi-niveau de systèmes de production réticulaires

La globalisation des marchés et les évolutions des technologies de communication et d'information ont fait émerger des organisations de production réticulaires (réseaux d'entreprises). Basées sur des relations étroites de partenariat, celles-ci nécessitent de gérer la chaîne logistique et d'étendre les outils de Gestion de Production traditionnelle à l'échelle du réseau d'entreprises. La planification de la production, fonction clé, demeurant mal résolue, ce mémoire propose un modèle formel de données cadrant la décision experte en planification/ordonnancement multi-site de la production. Nos développements sont basés sur le concept de conduite généralisée qui traite conjointement et récursivement l'allocation des tâches au fur et à mesure de la désagrégation des plans et des données techniques afférentes (gammes et ressources). Dans cette approche, chaque ressource est pilotée par un centre de conduite générique impliqué dans des relations de partenariat et/ou de supervision, instanciable à tout niveau de la structure de conduite. Pour tout centre de conduite, on initialise la fonction planification par la donnée d'un carnet de commande. Le processus décisionnel d'un centre se décompose alors en deux phases : - dans un premier temps, un calcul besoin/charge permettant d'évaluer quantitativement, qualitativement et sémantiquement la charge de travail du centre de conduite, - dans un second temps, une allocation charge/ressources internes et/ou externes, intégrant les contraintes d'approvisionnement logistique. Un ensemble de règles permet d'attester, d'une part, de la cohérence du scénario d'allocation proposé et, d'autre part, de la cohérence de la désagrégation et de la répartition des données entre centres de conduite impliqués dans des relations hiérarchiques et/ou de coopération.The market globalisation and the evolution of information and communication technology have led to the emergence of networked production organisations. Based on closed relationship, these organisations need to manage the supply chain and to extend production management tools to the scale of enterprises networks. As the planning function is not well-ensured, our works consists in the proposition of a formal model to support the expert decision in the context of multi-site production planning and scheduling. Our development are based on the concept of generalised production control. This concept allows simultaneous and recursive task allocation, according to the plan and incoming technical data desegregation (roots and resources). In this approach, each resource is controlled by a generic decision centre involved in partner and/or supervision relationships, instanciable at each decision level. For each decision centre, the planning function is initialised by an order book. Then the decisional process of a centre can be split up into two phases : - in the first time, a requirement/load calculus that permits to evaluate qualitatively, quantitatively and semantically the amount of works that the decision centre has to perform, - in the second time, a load external and/or internal resource allocation that takes into account the logistic constraints A set of rules that permit to check the coherency of the proposed allocation scenario and the coherency of the desegregation and repartition of data between decision centres involved in hierarchical and cooperation relation is then proposed

Modélisation par contraintes de programmes en bytecode Java pour la génération automatique de tests

Program verification is essential to maintain a certain level of quality and reliability. Testing is to date the most used software verification mean in industry. Constraint programming is seen as an effective way to automate test data generation. In this thesis we propose a constraint modeling of the Java bytecode semantics, and a method, based on this modeling, to automatically generate test data. Our constraint model of the semantics of a Java bytecode program allows effective deductions, including in the presence of complex data structures or inheritance. In particular, the use of type variables can take into account inheritance and polymorphic method calls. Our method of test data generation uses the constraint model to cover specific instructions of the program under test. It uses a backward progression in the control flow graph to enumerate paths leading to the target instructions. This method suits particularly to cover instructions that are not reached by other methods of test data generation. Finally this method is implemented in a prototype named JAUT (Java Automatic Unit Testing). The experiments show that the prototype can increase the statements coverage obtained with the other available tools.La vérification des programmes est indispensable pour maintenir un certain niveau de qualité et de fiabilité. Le test est à ce jour le moyen de vérification des logiciels le plus utilisé dans l¤industrie. La programmation par contraintes est vue comme un moyen efficace pour automatiser la génération de données de test. Dans cette thèse nous proposons une modélisation par contraintes de la sémantique du bytecode Java, ainsi qu¤une méthode, basée sur cette modélisation, pour générer automatiquement des données de test. Notre modèle à contraintes de la sémantique d¤un programme en bytecode Java permet de faire des déductions efficaces, y compris en présence de structures de données complexes ou d¤héritage. En particulier, l¤utilisation de variables de type permet de prendre en compte l¤héritage et les appels de méthodes polymorphes. Notre méthode de génération de données de test exploite le modèle à contraintes pour couvrir des instructions particulières du programme sous test. Elle se base sur un parcours en arrière du graphe de flot de contrôle pour énumérer des chemins menant aux instructions cibles. Elle est en particulier adaptée à la couverture d¤instructions non couvertes par les autres méthodes de génération de données de test. Enfin cette méthode est mise en application dans un prototype, JAUT (Java Automatic Unit Testing). Les expériences montrent que le prototype permet d¤augmenter la couverture des instructions obtenue avec les autres outils disponibles

Conduite orientée ordonnancement d'un simulateur dynamique hybride : application aux procédés discontinus

Ce manuscrit présente des travaux visant à intégrer un module d'ordonnancement (ProSched) à l'environnement de modélisation et simulation dynamique hybride PrODHyS dans le but d'automatiser la génération de scénarii de simulation de procédés discontinus sur la base d'une recette et d'une liste d'ordres de fabrication (OF). La méthodologie développée repose sur une approche mixte optimisation/simulation. Dans ce cadre, trois points essentiels ont été développés dans ces travaux : - tout d'abord, concevoir et développer des composants réutilisables (classes de recette) permettant de modéliser de manière hiérarchisée et systématique le déroulement des opérations unitaires. Pour cela, les notions de jeton Task et de macro-place paramétrable ont été introduites dans les RdPDO et permettent de décrire les recettes à réaliser par assemblage de ces composants prédéfinis. - ensuite, définir un modèle mathématique générique d'ordonnancement basé sur un formalisme de représentation bien établi (le R.T.N.) qui permet de modéliser les principales caractéristiques d'un procédé discontinu et de fournir l'ensemble des données d'entrée nécessaires au modèle de simulation. Pour cela, un modèle PLNE basé sur la formulation Unit Specific Event a été mis en œuvre. - enfin, définir l'interface existant entre le modèle d'optimisation et le modèle de simulation, à travers la notion de place de pilotage et de centre de décision au niveau du simulateur. Dans ce cadre, différentes stratégies de couplage sont proposées. Les potentialités de cette approche sont illustrées par la simulation d'un procédé complet. ABSTRACT : This thesis presents works which aim to incorporate a scheduling module (ProSched) to an environment for modeling and dynamic hybrid simulation PrODHyS in order to automate the generation of scenarios for simulation of batch processes based on a recipe and a list of production orders (OF). The methodology developed is based on a mixed optimization / simulation approach. In this context, three key points have been developed in this work: - First, design and develop reusable components (recipe classes) for the hierarchical and systematic modeling of the sequencing of unit operations. For this, the notions of Task token and macro-place have been introduced in the RdPDO formalism and allow the modeling of recipes by assembling these predefined components. - Secondly, define a generic mathematical model of scheduling based on a well defined graphical formalism (RTN) that models the main characteristics of batch processes and provide all input data necessary to the simulation model. For this, a MILP model based on the Unit Specific Event formulation has been implemented. - Finally, define the interface between the optimization model and the simulation model through the concept of control place and decision-making center at the simulator level. In this context, various strategies of mixing optimization and simulation are proposed. The potential of this approach is illustrated by the simulation of a complete manufacturing proces

Utilisation de la modularisation dans la conception des chaînes d'approvisionnement des entreprises du secteur aéronautique

Ce projet porte sur la conception de la chaîne d'approvisionnement d'une entreprise oeuvrant dans le secteur aéronautique. Notre objectif est de valider un modèle d'optimisation des chaînes logistiques en prenant en compte la nomenclature des produits et en intégrant la notion de modularité dans la production, ce qui permet d'assurer plus de flexibilité au niveau de la chaîne et d'englober l'ensemble des volets de l'approvisionnement, de la production et de la distribution à travers l'optimisation des flux des matières entre les unités de la chaîne et le positionnement des sites dans le réseau logistique. La résolution de ce problème de design du réseau dans un cas réaliste de l'industrie aéronautique nécessite l'utilisation de la programmation linéaire en nombres mixtes. Cependant, la taille des problèmes abordés risque de se heurter à la robustesse et à la performance des progiciels d'optimisation. Par ailleurs, des décompositions du problème peuvent être implantées pour résoudre de tels modèles; dans le cadre de ce projet, la méthode de décomposition de Benders a été efficacement appliquée dans un cas simple, ce qui permet de valider les résultats obtenus par les logiciels commerciaux. Les concepts développés dans ce projet peuvent non seulement s'appliquer avantageusement à plusieurs facettes du problème posé, mais également s'étendre aux autres volets de l'industrie

Gestion des flux multi-énergie pour les systèmes V2H

This PhD dissertation addresses the power management for the convergence oftransportation and housing power requirement. An approach based on optimization techniquesis proposed for the joint management of the power production and consumption in buildingswith renewable energy generator and connection to electric vehicle. The power manageranticipates day ahead optimal control for multiple electrical and thermal sources locatedin the building as well as the processes of energy storage in order to achieve the bestpossible configuration of energy flow, which minimize the cost of energy bills. Consideringthe bidirectional energy flow between the vehicle and the building in the "vehicle to home"(V2H) applications, the energy stored in the cars battery of the car can be used to supplythe household loads while it is parked. The manager also performs an electrical demandadjustment mechanism which programs schedules the "operation" of some of home appliancesin order to reduce the consumption of the inhabitants during peak periods when the electricityprice is high.Les travaux de cette thèse concernent la maîtrise de l’énergie et la convergence des besoins énergétiques dans le transport et les bâtiments. Une approche basée sur les techniques d’optimisation est proposée pour la gestion conjointe de la production et de la consommation d’énergie dans un bâtiment disposant de moyens de production locale d’énergie renouvelable et d’une connexion avec voiture électrique. "Le gestionnaire d’énergie" anticipe,24 heures à l’avance, les commandes optimales pour piloter les multiples sources électriques et thermiques placées dans le bâtiment ainsi que les procédés de stockage de l’énergie dans le butde parvenir à la meilleure configuration possible des flux énergétiques minimisant le coût de la facture énergétique. Considérant la bidirectionnalité du courant électrique entre la voiture et le bâtiment dans les applications "vehicle to home" (V2H), l’électricité stockée dans la batterie de la voiture peut être appelée pour alimenter les charges installées dans le bâtiment pendant que celle-ci est en stationnement. Le gestionnaire embarque également un mécanisme d’ajustement de la demande électrique qui permet de programmer le "fonctionnement" des électroménagers en vue de diminuer la consommation des habitants aux heures des pointes électrique