Formalisation des Processus de l'Ingénierie Système : Proposition d'une méthode d'adaptation des processus génériques à différents contextes d'application

In this thesis, we are interested in the problem of multiple processes needed for the realization of an engineering project.Retained approach is founded on the idea that it exists a generic solution to problems of engineering. Our proposition is to formalize this solution for allow its adaptation at specific behaviors and projects by model transformations. We use concepts issued from MDE and apply them in the context of system engineering. Steps of our approach are:•• the formalization, in a SPEM/UML model, of a generic process starting from a system engineering standard (EIA-632),• its specializing to adapt it at a project behavior,• its enrichment to prepare exploitation and conduct.Processes formalization is the base of a new approach of system engineering application. This approach gives a global and local coherency in the organization and during the stages of the projects. By using consistency rules arising from international standards, it ensures a consistent global comportment of the project. By allowing actors of the project to adapt their practices, it allows them to work optimally with the assurance that specific processes used are well inserted in the project.The proposed approach gives an answer to the problematic of concrete application of system engineering processes arise from the industry and, more generally, to the constant improvement of methods and products.Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème de l'interaction des processus multiples nécessaires à la réalisation d'un projet d'ingénierie.L'approche retenue repose sur l'idée qu'il existe une solution générique aux problèmes d'ingénierie. Notre proposition est de formaliser cette solution pour permettre de l'adapter ensuite à des domaines d'activités et à des projets précis par des opérations de transformation de modèles. Pour cela, nous nous reposons sur les concepts de l'IDM et les appliquons dans le cadre de l'ingénierie système. Les étapes de notre proposition sont :• la formalisation d'un processus générique à partir d'un standard de l'ingénierie système (EIA-632) sous la forme d'un modèle SPEM/UML,• sa spécialisation pour l'adapter au contexte d'application d'un projet,• son enrichissement pour en préparer l'exploitation et la conduite. La formalisation des processus est la base d'une démarche nouvelle d'application de l'ingénierie système.Cette démarche assure une cohérence globale et locale dans l'organisation et le déroulement des projets. En se reposant sur des règles de bonnes pratiques issues des standards internationaux elle s'assure d'un comportement global cohérent du projet. En laissant les acteurs du projet libres d'adapter leurs pratiques à leur environnement de travail elle permet à chacun de travailler de manière optimale avec l'assurance que les processus spécifiques qu'il emploie s'insèrent au mieux dans le projet.La démarche que nous proposons répond à la problématique d'application concrète des processus d'ingénierie système posée par l'industrie et, plus généralement, à celle de l'amélioration continue des méthodes et des produits

Modèles et métadonnées pour les scénarios pédagogiques

Tiré de l'écran-titre (visionné le 27 juin 2017).Ce rapport présente plusieurs formes de représentation des scénarios proposés par des normes. Ces modèles de scénarios sont comparés entre eux et discutés en fonction de la pratique actuelle aux trois ordres d’enseignement quant aux scénarios ou aux activités pédagogiques décrites dans les référentiels de ressources éducatives. De plus, le rapport présente une analyse des pratiques actuelles de référencement des scénarios à l’aide de la norme LOM et de la spécification Normetic 1.2 largement utilisées

Actes des 2èmes journées sur l’Ingénierie Dirigée

National audienceL’ingénierie dirigée par les modèles (IDM), appelée en anglais MDE (Model-Driven Engineering) ou aussi MDD (Model-Driven Development) place le modèle au centre du processus de conception et permet à cette notion de modèle de passer d’un rôle contemplatif à un rôle unificateur vis-à-vis des autres activités du cycle de développement du logiciel. L’IDM doit alors être vu non pas comme une révolution, mais comme un moyen d’intégrationde différents espaces techniques pour aller vers une production automatisée des logiciels.L’ingénierie dirigée par les modèles apporte alors des solutions à la construction de ces nouveaux logiciels en proposant des approches de modélisation, de métamodélisation, de détermination du domaine, de transformation et de prise en compte des plates-formes. Ces approches sont accompagnées de démarches de conception et de moyens de génération de code, mais également de validation et de vérification de la conformité des modèles produits vis-à-vis des métamodèles. Elles sont proches des idées actuelles comme la programmation générative, les langages spécifiques de domaine (DSL), le MIC (Model Integrating Computing) ou encore les usines à logiciels (Software factories). Après le succès des journées IDM à Paris en 2005, la seconde édition de ces journées se déroule à Lille et a pour objectif de rassembler les chercheurs francophones intéressés par ce domaine et souhaitant participer à la structuration de cette communauté scientifique émergente

Méthodes de diagnostic avancées dans la validation formelle des modèles

Malgré l'existence d'un nombre important d'approches et outils de vérification à base de modèles, leur utilisation dans l'industrie reste très limitée. Parmi les raisons qui expliquent ce décalage il y a l'exploitation, aujourd'hui difficile, des résultats du processus de vérification. Dans cette thèse, nous étudions l'utilisation des outils de vérification dans les processus actuels de modélisation de systèmes qui utilisent intensivement la validation à base de modèles. Nous établissons ensuite les limites des approches existantes, surtout en termes d'utilisabilité. A partir de cette étude, nous analysons les causes de l'état actuel des pratiques. Nous proposons une approche complète et outillée d'aide au diagnostic d'erreur qui améliore l'exploitation des résultats de vérification, en introduisant des techniques mettant à profit la visualisation d'information et l'ergonomie cognitive. En particulier, nous proposons un ensemble de recommandations pour la conception d'outils de diagnostic, un processus générique adaptable aux processus de validation intégrant une activité de diagnostic, ainsi qu'un framework basé sur les techniques de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) permettant une implémentation et une personnalisation rapide de visualisations. Notre approche a été appliquée à une chaîne d'outils existante, qui intègre la validation de modèles UML et SysML de systèmes temps réel critiques. Une validation empirique des résultats a démontré une amélioration significative de l'utilisabilité de l'outil de diagnostic, après la prise en compte de nos préconisations.A plethora of theoretical results are available which make possible the use of dynamic analysis and model-checking for software and system models expressed in high-level modeling languages like UML, SDL or AADL. Their usage is hindered by the complexity of information processing demanded from the modeller in order to apply them and to effectively exploit their results. Our thesis is that by improving the visual presentation of the analysis results, their exploitation can be highly improved. To support this thesis, we define a diagnostic trace analysis approach based on information visualisation and human factors techniques. This approach offers the basis for new types of scenario visualizations, improving diagnostic trace understanding. Our contribution was implemented in an existing UML/SysML analyzer and was validated in a controlled experiment that shows a significant increase in the usability of our tool, both in terms of task performance speed and in terms of user satisfaction. The pertinence of our approach is assessed through an evaluation, based on well-established evaluation mechanisms. In order to perform such an evaluation, we needed to adapt the notion of usability to the context of formal methods usability, and to adapt the evaluation process to our setting. The goal of this experiment was to see whether extending analysis tools with a well-designed event-based visualization would significantly improve analysis results exploitation and the results are meeting our expectations

De la neurochirurgie guidée par l'image,<br />au processus neurochirurgical assisté par la connaissance et l'information

La totalité des services français de neurochirurgie est aujourd'hui équipée de systèmes de neuronavigation. Ces systèmes de chirurgie guidée par l'image permettent le lien direct entre le patient, en salle d'opération, et ses images pré opératoires ; c'est-à-dire que le neurochirurgien, en salle d'opération et à tout instant, connaît, à partir d'un point désigné sur le patient par un outil, le point correspondant dans ses images d'IRM ou de Scanner X. Ceci est possible grâce à des localisateurs tridimensionnels et des logiciels de recalage d'images. Les bénéfices de tels systèmes pour le patient ont déjà été montrés. Ils rendent notamment la chirurgie plus sûre et moins invasive.Il est important de considérer le concept de chirurgie guidée par l'image comme un processus qui ne se réduit pas à la seule étape de réalisation du geste chirurgical. Depuis près d'une dizaine d'années, il existe un consensus sur l'importance de l'étape de préparation pour anticiper la réalisation du geste. Ce processus peut aussi inclure des étapes de choix de la stratégie chirurgicale, de simulation ou de répétition du geste et de suivi post opératoire du patient. Chaque étape de ce processus se fonde sur des observations liées au patient, comme ses images pré opératoires, sur des connaissances génériques explicites, comme des livres ou des atlas numériques d'anatomie, et sur des connaissances implicites résultant de l'expérience du chirurgien. Malgré cela, dans les systèmes actuels de chirurgie guidée par l'image, la seule information explicite utilisée est, le plus souvent, réduite à une simple imagerie anatomique. Alors que si l'on introduisait dans ces systèmes les images multimodales du patient, on prendrait mieux en compte la complexité anatomique, physiologique et métabolique des structures cérébrales. Sans compter que dans ces systèmes, la préparation de la procédure chirurgicale se réduit principalement à la définition de la cible et d'une trajectoire d'accès rectiligne. Si l'on considérait la procédure comme une succession d'étapes et d'actions, on permettrait au neurochirurgien de mieux préparer et, donc, de mieux réaliser son geste. Son savoir-faire implicite pourrait être explicité. Enfin, ces systèmes ne tiennent pas compte des déformations anatomiques intra opératoires dues, notamment, au geste chirurgical. Ainsi, les images pré opératoires du patient deviennent rapidement obsolètes et ne correspondent plus à la réalité anatomique du patient.Il existe donc un fossé entre la chirurgie telle qu'elle est vue par ces systèmes et la réalité chirurgicale. C'est ce fossé que je cherche à combler.Mes travaux de recherche se situent dans le domaine du génie biologique et médical. Ils incluent des aspects liés au traitement d'images et à l'informatique médicale. Le domaine d'application est la neurochirurgie. Les méthodes mises en oeuvre dans les travaux que je présenterai s'appuient sur un concept de coopération entre observations et connaissances. Ainsi, sur l'aspect observations, je présenterai l'introduction d'images multimodales du patient, dans le processus chirurgical, qu'elles soient pré ou intra opératoires. Sur l'aspect connaissances, je présenterai une démarche qui permet de formaliser certaines connaissances relatives à la neurochirurgie.La méthodologie de recherche que j'ai utilisée suit une approche itérative, où l'application clinique est centrale. A partir des connaissances médicales, les spécifications d'un nouveau projet sont définies. Ces spécifications entraînent le développement de nouvelles méthodes et leur implémentation par le biais d'un prototype d'application. Ce prototype permet, grâce àune utilisation pré clinique, d'évaluer ces méthodes. Cette implémentation et cette phase d'utilisation autorisent aussi un retour vers la méthode, pour vérifier la pertinence des choix réalisés et pour contribuer à son amélioration. Enfin, cette boucle permet une validation des connaissances initiales et un possible enrichissement de celles-ci. Les objectifs de mes recherches sont donc, à la fois, l'élaboration de nouveaux systèmes d'intérêt thérapeutique et la génération de nouvelles connaissances chirurgicales.Ce document aborde trois domaines principaux : la neurochirurgie guidée par l'image, la neurochirurgie guidée par l'information et la validation des outils de traitement d'images médicales en chirurgie guidée par l'image. Pour chacun de ces domaines, je présenterai le contexte et l'état de l'art, les contributions personnelles apportées au domaine et ses perspectives d'évolution.Dans le premier chapitre, je présenterai comment l'imagerie médicale peut assister la chirurgie. Pour cela, j'introduirai les méthodes de traitement d'images, plus particulièrement le recalage et la fusion d'images médicales. Ces dernières sont incontournables en neurochirurgie guidée par l'image, le principe même de ce type de chirurgie étant cette mise en correspondance géométrique entre repère des images et repère du patient. Puis, je présenterai le principe du processus chirurgical assisté par l'image, en décrivant les différentes étapes mises en jeu dans un tel processus. Je présenterai mes contributions : 1) l'introduction du concept de neuronavigation multimodale et multi informationnelle, et 2) l'introduction du concept de virtualité augmentée, en complément aux approches de réalité augmentée.Dans le deuxième chapitre, je présenterai le concept récent de chirurgie guidée par l'information, qui s'appuie sur une formalisation du processus chirurgical et des connaissances associées. Nous verrons que ce processus peut être étudié selon différents angles, chaque angle d'étude correspondant à un objectif applicatif précis. Je présenterai une méthodologie complète permettant supervision et apprentissage par : 1) la prise en compte, dans le processus de chirurgie guidée par l'image multimodale, de certaines connaissances implicites du chirurgien, notamment liées à son expertise chirurgicale, en les rendant explicites, et 2) la génération de connaissances sur la chirurgie.Les deux premiers chapitres démontrent comment il peut être intéressant de faire coopérer images et connaissances. Dans le troisième chapitre, nous proposerons d'appliquer ce concept de coopération entre observations et connaissances au contexte des déformations anatomiques intra opératoires. Nous montrerons la complexité de ce phénomène, et de ses causes, et les limites des méthodes présentées dans la littérature. Nous décrirons succinctement comment ce concept pourra être appliqué dans le cadre d'un projet de recherche qui débute.Dans le quatrième chapitre, j'insisterai sur l'importance de la validation des outils de traitement d'images en chirurgie guidée par l'image. J'introduirai la terminologie et la méthodologie liées à la validation principalement technique des outils de traitement d'images, en soulignant le besoin de standardisation. Je présenterai mes contributions au domaine : la définition d'une méthodologie standardisée pour la validation des méthodes de recalage d'images médicales, basée sur la comparaison avec une référence.Je terminerai, dans le cinquième chapitre, par une ébauche de description des évolutions à court et à long terme de la chirurgie, s'inspirant des réflexions et résultats des chapitres précédents

Méthodes et modèles de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine

L'importance accordée aux interactions homme-machine en général est actuellement énorme. L'orientation prise par les chercheurs et les industriels pour couvrir ce domaine est désormais résolument pluridisciplinaire. Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches en informatique se situe dans cette mouvance en étant consacré à l'étude de méthodes de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine (IHM) dans les systèmes complexes. Ce domaine de recherche se positionne au carrefour de l'ingénierie des IHM, du génie logiciel et de l'intelligence artificielle, tout en prenant en compte des concepts et modèles issus des sciences cognitives. Les aspects méthodologiques du développement d'interfaces homme-machine servent de canevas théorique tout au long du mémoire qui est organisé en trois chapitres. Le premier est consacré à un état de l'art sur le domaine de recherche. Après une étude critique des différents cycles de développement du génie logiciel, il recense autour d'un cadre théorique et méthodologique un ensemble de méthodes, modèles, techniques et outils contribuant au développement d'applications interactives dans les systèmes complexes. Le second chapitre est bâti autour d'un ensemble de contributions à l'ingénierie de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine. Ces contributions résultent d'un travail d'équipe depuis mon arrivée au laboratoire en septembre 1985. Après une présentation des systèmes réalisés dans le cadre de cette recherche, ce chapitre présente plusieurs méthodes de conception ou d'évaluation mises en place autour de ceux-ci. Enfin, le troisième chapitre tire les leçons des aspects méthodologiques étudiés dans les deux premiers en proposant un modèle, appelé ∇, de développement d'applications interactives. Au cours de ces prochaines années, l'approfondissement de ce modèle devrait servir de cadre de pensée pour nos recherches. Pour l'ensemble des axes de recherche envisagés, un travail considérable reste à accomplir, au vu de la place de plus en plus importante que tient l'ingénierie des interfaces homme-machine dans de nombreux domaines

Population d'ontologies automatisée, non supervisée et indépendante du domaine à partir de données non structurées

La complexification des systèmes industriels et sociaux, conjuguée à l'impact grandissant des perturbations internes comme externes sur ces derniers, a fait naître le besoin d'acquérir informations et connaissances relatives au domaine et au contexte dans lesquels ils évoluent pour assurer leur pilotage. Dans cette optique, la réunion des connaissances par consensus d'experts a mené dans de nombreux domaines à la construction d'ontologies qui peuvent être intégrées à des systèmes d'aide à la décision. Si ces ontologies formalisent à haut niveau les concepts d'un domaine et les relations que ceux-ci entretiennent entre eux, elles ne constituent pas à proprement parler une base de connaissances qui soit actionnable par un système d'aide à la décision. Ainsi, leur mise en oeuvre requiert une étape de population de l'ontologie, le plus souvent réalisée manuellement, à nouveau via des experts du domaine. Cette tâche se révèle fastidieuse et chronophage, freinant le déploiement à l’échelle industrielle de nombreuses ontologies développées durant les deux dernières décennies. Les travaux de cette thèse s'intéressent donc à la population automatisée non supervisée de ces ontologies à partir de données brutes dont la production augmente de façon exponentielle. Qu'elles soient structurées ou non, sous différents formats (XML, texte brut, document PDF), et de différents types (Web, bases de données, articles de presse, réseaux sociaux), ces sources de données sont autant de mines de connaissances qui permettent d'assister le pilotage d'un système complexe et de décrire le contexte dans lequel il évolue. Dans cette thèse, une approche employant l'ingénierie dirigée par les modèles est explicitée. L'objectif de cette approche est de réconcilier les données brutes non structurées avec les structures ontologiques, utilisées pour organiser et structurer la connaissance. Cette démarche est l'occasion de définir un métamodèle générique - c'est-à-dire autant indépendant du domaine d'application que de la source de données exploitée - pour l'extraction d'informations à partir de données non structurées. La spécification de cette stratégie pour les données textuelles s'est faite à travers une approche hybride mariant règles d'extraction syntaxiques et analyse sémantique. Elle a par ailleurs donné lieu au développement d'un prototype logiciel et à l'application de ce dernier à différents domaines (chimie organique, biochimie, gestion de crise civile) et à partir de différentes sources de données (articles et ouvrages scientifiques, articles issus de l'encyclopédie Wikipedia, articles de presse)

Ingénierie de la conception de systèmes de réalité augmentée mobile. Applications de la réalité augmentée mobile au tourisme culturel

Le système M.A.R. T.S a été conçu avec l'objectif de proposer un nouveau mode de médiation au musée. Lorsque la visite au musée se déroule sans guide conférencier, les outils de médiation classiques comme l'audio-guide ou les étiquettes montrent rapidement leurs limites en termes d'interaction humaine. Nous proposons donc de permettre au visiteur d'interagir avec un guide humain virtuel appuyé de nos paradigmes d'interaction " Sélection Documentation Reconstruction", puisant leurs principes de la réalité augmentée. L'objectif, par le biais de nos propositions, est de créer les conditions propices à un contact riche avec la collection, et de donner au visiteur les outils nécessaires pour qu'il puisse vivre une expérience d'apprentissage riche au musée. Les expérimentations que nous avons menées vont dans ce sens, montrant l'efficacité de ce nouveau mode de médiation. Qui plus est, les principes d'interactions sont suffisamment généraux pour dépasser le cadre original de la visite guidée au musée et peuvent être exploitée pour une visite guidée à l'extérieur.M.A.R.T.S system was built in order to propose a new mode of museum mediation. When the museum visit take place without a human guide, classical mediation tools such as labels or audio-guide rapidly show their limits in terms of human interaction. We therefore propose to allow visitors to interact with a virtual human guide supported by our interaction paradigms "Selection Documentation Reconstruction", which are based on augmented reality. The aim behind our proposals is to ensure favorable conditions for a rich contact with collections, and provide the visitor with necessary tools enabling him to live a worthwhile learning experience in the museum. The experiments we have conducted go in this direction, showing the effectiveness of this new mode of museum mediation. Moreover, interactions principles are sufficiently general to be applied to other cultural heritage activities such as outdoor guided tours

Modèles, outils et plate-forme d'exécution pour les applications à service dynamiques

L'essor de l'Internet et l'évolution des dispositifs communicants ont permis l'intégration du monde informatique et du monde réel, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux types d'applications, tels que les applications ubiquitaires et pervasives. Ces applications doivent s'exécuter dans des contextes hétérogènes, distribués et ouverts qui sont en constante évolution. Dans de tels contextes, la disponibilité des services et des dispositifs, les préférences et la localisation des utilisateurs peuvent varier à tout moment pendant l'exécution des applications. La variabilité des contextes d'exécution fait que l'exécution d'une application dépend, par exemple, des services disponibles ou des dispositifs accessibles à l'exécution. En conséquence, l'architecture d'une telle application ne peut pas être connue statiquement à la conception, au développement ou au déploiement, ce qui impose de redéfinir ce qu'est une application dynamique : comment la concevoir, la développer, l'exécuter et la gérer à l'exécution. Dans cette thèse, nous proposons une approche dirigée par les modèles pour la conception, le développement et l'exécution d'applications dynamiques. Pour cela, nous avons défini un modèle de composants à services permettant d'introduire des propriétés de dynamisme au sein d'un modèle de composants. Ce modèle permet de définir une application en intention, via un ensemble de propriétés, de contraintes et de préférences de composition. Une application est ainsi spécifiée de façon abstraite ce qui permet de contrôler la composition graduelle de l'application lors de son développement et de son exécution. Notre approche vise à effacer la frontière entre les activités effectuées avant et pendant l'exécution des applications. Pour ce faire, le même modèle et les mêmes mécanismes de composition sont utilisés de la conception jusqu'à l'exécution des applications. A l'exécution, le processus de composition considère, en plus, les services disponibles dans la plate-forme d'exécution permettant la composition opportuniste des applications ; ainsi que la variabilité du contexte d'exécution permettant l'adaptation dynamique des compositions. Nous avons mis en œuvre notre approche via un prototype nommé COMPASS, qui s'appuie sur les plates-formes CADSE pour la réalisation d'environnements logiciels de conception et de développement, et APAM pour la réalisation d'un environnement d'exécution d'applications à services dynamiques.The growth of the Internet and the evolution of communicating devices have allow the integration of the computer world and the real world, paving the way for developing new types of applications such as pervasive and ubiquitous ones. These applications must run in heterogeneous, distributed and open environments that evolve constantly. In such environments, the availability of services and devices, the preferences and location of users may change at any time during the execution of applications. The variability of the execution context makes the execution of an application dependent on the available services and devices. Building applications capable of evolving dynamically to their execution context is a challenging task. In fact, the architecture of such an application cannot be fully known nor statically specified at design, development or deployment times. It is then needed to redefine the concept of dynamic application in order to cover the design, development, execution and management phases, and to enable thus the dynamic construction and evolution of applications. In this dissertation, we propose a model-driven approach for the design, development and execution of dynamic applications. We defined a component service model that considers dynamic properties within a component model. This model allows defining an application by its intention (its goal) through a set of composition properties, constraints and preferences. An application is thus specified in an abstract way, which allows controlling its gradual composition during development and execution times. Our approach aims to blur the boundary between development-time and runtime. Thus, the same model and the same composition mechanisms are used from design to runtime. At runtime, the composition process considers also the services available in the execution platform in order to compose applications opportunistically; and the variability of the execution context in order to adapt compositions dynamically. We implemented our approach through a prototype named COMPASS, which relies on the CADSE platform for building software design and development environments, and on the APAM platform for building an execution environment for dynamic service-based applications.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF