Modélisation graphique probabiliste pour la maîtrise des risques, la fiabilité et la synthèse de lois de commande des systèmes complexes

Mes travaux de recherche sont menés au Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN), dans le département Ingénierie des Systèmes Eco-Techniques (ISET) sous la responsabilité de B. Iung et de A. Thomas et le département Contrôle - Identification - Diagnostic (CID) sous la responsabilité de D. Maquin et de G. Millerioux.L’objectif principal de mes recherches est de formaliser des méthodes de construction de modèles probabilistes représentant les bons fonctionnements et les dysfonctionnements d’un système industriel. Ces modèles ont pour but de permettre l’évaluation des objectifs de fonctionnement du système (exigences opérationnelles, performances) et les conséquences en termes de fiabilité et de maîtrise des risques (exigences de sûreté). Ceci nécessite de modéliser les impacts de l’environnement sur le système et sur ses performances, mais aussi l’impact des stratégies de commande et des stratégies de maintenance sur l’état de santé du système.Pour plus de détails.A travers les différents travaux de thèses et collaborations, j’ai exploité différents formalismes de modélisation probabilistes. Les apports majeurs de nos contributions se déclinent en 3 points :• La modélisation des conséquences fonctionnelles des défaillances, structurée à partir des connaissances métiers. Nous avons développés les principes de modélisation par Réseau Bayésien (RB) permettant de relier la fiabilité et les effets des états de dégradation des composants à l’architecture fonctionnelle du système. Les composants et les modes de défaillances sont alors décrits naturellement par des variables multi-états ce qui est difficile à modéliser par les méthodes classiques de sûreté de fonctionnement. Nous proposons de représenter le modèle selon différents niveaux d'abstraction en relation avec l’analyse fonctionnelle. La modélisation par un modèle probabiliste relationnel (PRM) permet de capitaliser la connaissance par la création des classes génériques instanciées sur un système avec le principe des composants pris sur étagère.• Une modélisation dynamique de la fiabilité des systèmes pris dans leur environnement. Nous avons contribué lors de notre collaboration avec Bayesia à la modélisation de la fiabilité des systèmes par Réseau Bayésien Dynamique (RBD). Un RBD permet, grâce à la factorisation de la loi jointe, une complexité inférieure à une Chaîne de Markov ainsi qu’un paramétrage plus facile. La collaboration avec Bayesia a permis l’intégration dans Bayesialab (outil de modélisation) de ces extensions et notamment l’utilisation de paramètres variables dans le temps élargissant la modélisation des RBD à des processus Markoviens non homogènes.• La synthèse de la loi de commande pour l’optimisation de la fiabilité du système. Nous travaillons sur l’intégration de la fiabilité dans les objectifs de commande des systèmes sous contrainte de défaillances ou de défauts. Nous posons aujourd’hui le problème dans un contexte général de commande. Nous proposons une structuration du système de commande intégrant des fonctions d’optimisation et des fonctions d’évaluation de grandeurs probabilistes liées à la fiabilité du système. Nos travaux récents sont focalisés sur l’intégration, dans la boucle d’optimisation de la commande, des facteurs issues d’une analyse de sensibilité de la fiabilité du système par rapport aux composants

Outils d'aide à la décision pour la sélection des filières de valorisation des produits de la déconstruction des systèmes en fin de vie : application au domaine aéronautique

Dans un contexte de développement durable, les enjeux de la dernière phase du cycle de vie d'un système, la phase de retrait de service, se sont accrus ces dernières années. Les systèmes en fin de vie doivent être déconstruits afin d'être revalorisés pour répondre aux différentes exigences environnementales. Cette responsabilité incombe au concepteur qui doit définir le sous-système support de la phase de retrait de service : le système de déconstruction. Sa principale fonction est la réalisation de l'activité de déconstruction dans l'objectif de favoriser en aval le recyclage de la matière des constituants du système en fin de vie et/ou leur recyclage fonctionnel. Les stratégies de déconstruction doivent répondre à l'ensemble des problèmes de décision posés lors de la phase de retrait de service d'un système. Il s'agit notamment de sélectionner les constituants valorisables suivant des critères techniques, économiques et environnementaux puis de définir et optimiser le système de déconstruction permettant l'obtention de ces produits. La solution obtenue définie ce que nous avons appelé une trajectoire de déconstruction. Nos travaux portent sur la modélisation et l'optimisation de ces trajectoires. Nos développements s'articulent en quatre phases. Etat de l'art et démarche de définition d'une trajectoire. Dans cette phase, une structure de démarche de définition de trajectoires de déconstruction est proposée puis instrumentée. Les modèles généralement utilisés dans ce cadre sont de type déterministe et ne permettent pas de prendre en compte et de gérer les incertitudes inhérentes au processus de déconstruction (état dégradé du système en fin de vie et de ses constituants, demandes en produits issus de la déconstruction, dates de fin de vie des systèmes, …). Pour déterminer une solution robuste de déconstruction d'un système en fin de vie, l'aide à la décision proposée doit intégrer des incertitudes de nature diverse tout en facilitant leur gestion et leurs mises à jour. Incertitudes en déconstruction. Sur la base de ce constat, l'ensemble d'incertitudes couramment mises en jeu dans l'optimisation des trajectoires est identifié et caractérisé. Les méthodes probabilistes apparaissent comme des approches privilégiées pour intégrer ces incertitudes dans une démarche d'aide la décision. Les réseaux bayésiens et leur extension aux diagrammes d'influence sont proposés pour répondre à différents problèmes de décision posés lors de la définition d'une trajectoire de déconstruction. Ils servent de support au développement d'un outil d'aide à la décision. Modélisation de trajectoires de déconstruction : principes et approche statique d'optimisation. Après avoir présenté ses principes de modélisation, l'outil est développé dans une approche de détermination d'une trajectoire de déconstruction d'un système en fin de vie donné. La trajectoire obtenue fixe la profondeur de déconstruction, les options de revalorisation, les séquences et les modes de déconstruction suivant des critères économiques et environnementaux tout en permettant de gérer différents types d'incertitude. L'utilisation de critères économiques est ici privilégiée. Un exemple d'application sur un système aéronautique est développé pour illustrer les principes de modélisation. Approche dynamique pour l'optimisation d'une trajectoire de déconstruction. Le champ d'application de l'outil d'aide à la décision est étendu en intégrant une dimension temporelle à la modélisation du problème à l'aide des réseaux bayésiens dynamiques. Les trajectoires de déconstruction peuvent ainsi être établies sur des horizons couvrant les arrivées de plusieurs systèmes en fin de vie en présence d'incertitudes. Le modèle permet de déterminer des politiques de déconstruction pour chaque opération identifiée dans la trajectoire en fonction de différents paramètres liés à la gestion des demandes et des arrivées ou encore au processus d'obtention de ces produits. Le décideur peut ainsi adapter l'outil à différents contextes de détermination de trajectoire de déconstruction de systèmes en fin de vie

Outils d'élaboration de stratégie de recyclage basée sur la gestion des connaissances : application au domaine du génie des procédés

Dans ce travail, une étude est réalisée sur le développement d'une méthodologie permettant la génération et l'évaluation de nouvelles trajectoires de valorisation pour des déchets. Ainsi, pour répondre à cette problématique, trois sous problèmes ont été identifiés. Le premier concerne un cadre de modélisation permettant la représentation structurée et homogène de chaque trajectoire, ainsi que les indicateurs choisis pour l'évaluation de ces dernières, permettant une sélection ultérieure. Le deuxième se concentre sur le développement d'une méthodologie puis la réalisation d'un outil permettant la génération de nouvelles trajectoires en s'appuyant sur d'autres connues. Enfin, le dernier sous problème concerne le développement d'un second outil développé pour modéliser et estimer les trajectoires générées. La partie de création d'un cadre de modélisation cherche à concevoir des structures globales qui permettent la catégorisation des opérations unitaires sous plusieurs niveaux. Trois niveaux de décomposition ont été identifiés. La Configuration générique de plus haut niveau, qui décrit la trajectoire sous de grandes étapes de modélisation. Le second niveau, Traitement générique propose des ensembles de structures génériques de traitement qui apparaissent régulièrement dans les trajectoires de valorisation. Enfin, le plus bas niveau se focalise sur la modélisation des opérations unitaires. Un second cadre a été créé, plus conceptuel et comportant deux éléments : les blocs et les systèmes. Ces cadres sont ensuite accompagnés par un ensemble d'indicateurs choisis à cet effet. Dans une volonté d'approche de développement durable, un indicateur est sélectionné pour chacune de des composantes : économique, environnemental et social. Dans notre étude, l'impact social se limite à l'estimation du nombre d'emplois créés. Afin de calculer cet indicateur, une nouvelle approche se basant sur les résultats économiques d'une entreprise a été proposée et validée.L'outil de génération de nouvelles trajectoires s'appuie sur l'utilisation de la connaissance en utilisant un système de raisonnement à partir de cas (RàPC). Pour être adapté à notre problématique, la mise en œuvre de ce dernier a impliqué la levée de plusieurs points délicats. Tout d'abord, la structuration des données et plus largement la génération de cas sources sont réalisées par un système basé sur des réseaux sémantiques et l'utilisation de mécanismes d'inférences. Le développement d'une nouvelle méthode de mesure de similarité est réalisé en introduisant la notion de définition commune qui permet de lier les états, qui sont des descriptions de situations, à des états représentant des définitions générales d'un ensemble d'états. Ces définitions communes permettent la création d'ensembles d'états sous différents niveaux d'abstraction et de conceptualisation. Enfin, un processus de décompositions des trajectoires est réalisé afin de résoudre un problème grâce à la résolution de ses sous-problèmes associés. Cette décomposition facilite l'adaptation des trajectoires et l'estimation des résultats des transformations. Basé sur cette méthode, un outil a été développé en programmation logique, sous Prolog. La modélisation et l'évaluation des voies de valorisation se fait grâce à la création d'outil spécifique. Cet outil utilise la méta-programmation permettant la réalisation dynamique de modèle de structure. Le comportement de ces structures est régi par la définition de contraintes sur les différents flux circulants dans l'ensemble de la trajectoire. Lors de la modélisation de la trajectoire, ces contraintes sont converties par un parser permettant la réalisation d'un modèle de programmation par contraintes cohérent. Ce dernier peut ensuite être résolu grâce à des solveurs via une interface développée et intégrée au système. De même, plusieurs greffons ont été réalisés pour analyser et évaluer les trajectoires à l'aide des critères retenus