Optimisation par colonie de fourmis pour la configuration

National audienceUne des difficultés inhérentes à la recherche énumérative est l'explosion combinatoire. Parmi les algorithmes incomplets qui tentent de résoudre ce problème, l'optimisation par colonie de fourmis (ACO - Ant Colony Optmisation), qui combine des méthodes aléatoires et heuristiques avec l'apprentissage par renforcement, a prouvé son efficacité sur de nombreux problèmes de satisfaction de contraintes (CSP). Cet article présente une application d'un algorithme basé sur ACO pour la configuration, ce qui à notre connaissance n'avait pas encore été étudié. Nous décrivons comment la nature des problèmes non-bornés de configuration influe sur l'approche ACO, notamment à cause de la présence de variables ensemblistes et de domaines ouverts. Nous proposons un algorithme et un modèle phéromonal original permettant de traiter ces difficultés. Nous montrons également l'utilisation de l'optimisation par essaim de particules (PSO) pour converger vers des ensembles de paramètres optimaux. Enfin, nous fournissons des résultats expérimentaux, à la fois pour des instances aléatoires et pour le problème d'optimisation des racks

Parallélisation d'un algorithme génétique pour le problème d'ordonnancement sur machine unique avec temps de réglages dépendants de la séquence

Les problèmes d'ordonnancement peuvent être rencontrés dans plusieurs situations de la vie courante. Organiser des activités quotidiennes, planifier un itinéraire de voyage sont autant d'exemples de petits problèmes d'optimisation que nous tentons de résoudre tous les jours sans nous en rendre compte. Mais quand ces problèmes prennent des proportions plus grandes, il devient difficile au cerveau humain de gérer tous ces paramètres et le recours à une solution informatique s'impose. Les problèmes d'ordonnancement en contexte industriel sont nombreux et celui qui retient particulièrement notre attention dans le cadre de ce mémoire est le problème d'ordonnancement de commandes sur machine unique avec temps de réglages dépendant de la séquence. Ce problème fait partie de la classe de problèmes NP-Difficiles. Etant donnée sa complexité, ce problème ne peut être résolu par une méthode exacte. Les métaheuristiques représentent ainsi une bonne alternative pour obtenir des solutions de bonne qualité dans des délais très courts. Les algorithmes génétiques, qui font partie des algorithmes évolutionnaires, sont utilisés dans ce travail pour résoudre ce problème d'ordonnancement. La prolifération des architectures parallèles a ouvert la voie à un nouvel éventail d'approches pour optimiser les algorithmes et plus spécialement les métaheuristiques. Ce mémoire propose une stratégie de parallélisation de l'algorithme génétique pour en étudier les bénéfices. Le premier algorithme génétique proposé est implémenté sur le modèle d'un algorithme de la littérature. Cet algorithme ne s'est pas avéré performant pour toute la série de problèmes test et, pour cette raison, des modifications de paramètres ont été rendues nécessaires. Ces modifications ont donné naissance à une deuxième version séquentielle dont les résultats se sont avérés satisfaisants. Une troisième version a ensuite été implémentée avec une optique d'exécution parallèle selon un modèle en îlot et une topologie en anneau unidirectionnel. Un plan d'expérience a ensuite été mis au point selon plusieurs variables et vise à identifier les meilleures configurations de l'algorithme tant sur le plan de la qualité des résultats que sur le plan de l'accélération. Les résultats obtenus dans ce mémoire montrent que l'introduction de la parallélisation dans un algorithme génétique est bénéfique à ce dernier tant sur le plan qualité des résultats que sur le plan accélération. Dans un premier temps, la version sans communications n'a pas amélioré une grande partie des problèmes mais a pu atteindre des accélérations linéaires. Par la suite, l'introduction des échanges a nettement influé sur la qualité des résultats. En effet, en adoptant une stratégie de division de la taille de la population par le nombre de processeurs, l'algorithme génétique parallèle parvient à donner des résultats équivalents voire meilleurs que la version séquentielle, et ceci pour plusieurs fréquences d'échanges entre les populations

Sélection et réglage de paramètres pour l'optimisation de logiciels d'ordonnancement industriel

L’utilisation d’un logiciel d’ordonnancement industriel fait intervenir une multitude de paramètres dont le réglage influence fortement la qualité des résultats. A l’heure actuelle, ce réglage est effectué de façon manuelle, après un travail souvent fastidieux au cours de l’installation initiale du logiciel’ De plus, une fois spécifiées, les valeurs de ces paramètres sont rarement remises en cause par les utilisateurs, du fait de leur manque d’expérience et du nombre important de paramètres à ajuster. L’idée que nous développons ici consiste à utiliser des métaheuristiques pour automatiser cette tâche. Deux problèmes seront abordés : la sélection des paramètres pertinents et leur réglage en fonction des exigences de l’utilisateur. Nous proposons de résoudre ces deux problèmes de façon simultanée, en introduisant des stratégies de sélection au sein des métaheuristiques. Cette approche est appliquée au logiciel d’ordonnancement Ortems® et validée sur plusieurs cas industriels. ABSTRACT : The use of scheduling software requires to set-up a number of parameters that have a direct influence on the schedule quality. Nowadays, this set-up is obtained manually after an extensive effort during initial software installation. Moreover, this set-up is rarely called into question by users, due to their lack of experience and to the high number of parameters involved. It is suggested in this thesis the use of metaheuristics to automate this task. Two problems are considered: selection of relevant parameters and their tuning according to user requirements. We suggest here an approach to solve these problems simultaneously, based on the combination of metaheuristics with some parameter selection strategies. An implementation framework has been developed and tested on an industrial scheduler, named Ortems®. The first results of the use of this framework on real industrial databases are described and commented

Stratégies d'optimisation mixte en Génie des Procédés – Application à la conception d'ateliers discontinus

La conception d'ateliers discontinus implique généralement la résolution de problèmes d'optimisation non-linéaire en variables mixtes. L'objectif de ce travail est de proposer une méthodologie adaptée pour leur traitement en évaluant les performances de deux méthodes déterministes de l'environnement GAMS et un algorithme génétique (AG), sur un jeu d'exemples de complexité croissante. Avec la formulation de Programmation Mathématique retenue, les résultats numériques vérifient l'efficacité de la méthode de Branch & Bound. Les solutions optimales fournissent une référence pour fixer des procédures appropriées de codage et de gestion des contraintes au sein de l'AG. Ainsi, les performances de ce dernier sont très satisfaisantes et valables pour le cas récurrent de problèmes où le critère est calculé par un simulateur. Puis le modèle initial est modifié pour traiter les mêmes problèmes en variables purement discrètes. L'AG reste aussi efficace alors que les méthodes déterministes sont dépassées par la combinatoire des problèmes. La stratégie est finalement validée sur un exemple de bioprocédés formulé de manière similaire

Multilinguisation d'ontologies dans le cadre de la recherche d'information translingue dans des collections d'images accompagnées de textes spontanés

Le Web est une source proliférante d'objets multimédia, décrits dans différentes langues natu- relles. Afin d'utiliser les techniques du Web sémantique pour la recherche de tels objets (images, vidéos, etc.), nous proposons une méthode d'extraction de contenu dans des collections de textes multilingues, paramétrée par une ou plusieurs ontologies. Le processus d'extraction est utilisé pour indexer les objets multimédia à partir de leur contenu textuel, ainsi que pour construire des requêtes formelles à partir d'énoncés spontanés. Il est basé sur une annotation interlingue des textes, conservant les ambiguïtés de segmentation et la polysémie dans des graphes. Cette première étape permet l'utilisation de processus de désambiguïsation factorisés au niveau d'un lexique pivot (de lexèmes interlingues). Le passage d'une ontologie en paramètre du système se fait en l'alignant de façon automatique avec le lexique interlingue. Il est ainsi possible d'utiliser des ontologies qui n'ont pas été conçues pour une utilisation multilingue, et aussi d'ajouter ou d'étendre l'ensemble des langues et leurs couvertures lexicales sans modifier les ontologies. Un démonstrateur pour la recherche multilingue d'images, développé pour le projet ANR OMNIA, a permis de concrétiser les approches proposées. Le passage à l'échelle et la qualité des annotations produites ont ainsi pu être évalués.The World Wide Web is a proliferating source of multimedia objects described using various natural languages. In order to use semantic Web techniques for retrieval of such objects (images, videos, etc.), we propose a content extraction method in multilingual text collections, using one or several ontologies as parameters. The content extraction process is used on the one hand to index multimedia objects using their textual content, and on the other to build formal requests from spontaneous user requests. The process is based on an interlingual annotation of texts, keeping ambiguities (polysemy and segmentation) in graphs. This first step allows using common desambiguation processes at th elevel of a pivot langage (interlingual lexemes). Passing an ontology as a parameter of the system is done by aligning automatically its elements with the interlingual lexemes of the pivot language. It is thus possible to use ontologies that have not been built for a specific use in a multilingual context, and to extend the set of languages and their lexical coverages without modifying the ontologies. A demonstration software for multilingual image retrieval has been built with the proposed approach in the framework of the OMNIA ANR project, allowing to implement the proposed approaches. It has thus been possible to evaluate the scalability and quality of annotations produiced during the retrieval process.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Formalisation et exploitation de connaissances et d’expériences pour l’aide à la décision dans les processus d’ingénierie système

Ce manuscrit d’habilitation à diriger des recherche synthétise mon activité professionnelle en enseignement et en recherche depuis l’obtention de mon poste de maître de conférences en 2001. Après l’obtention de mon diplôme de doctorat, préparé au Laboratoire Génie de Production (LGP) entre 1997 et 2000 sous la direction de Bernard Grabot, j’ai obtenu mon poste de maître de conférences à l’Université de Bretagne Sud à Lorient (UBS). Durant une période de trois années dans cette université et au Laboratoire d’Electronique des Systèmes Temps Réels (LESTER devenu LAB-STICC par la suite), j’ai pu développer des activités de recherche dans le domaine de la conception et de la reconfiguration des systèmes automatisés de type Systèmes Transitiques. Suite à ma mutation à l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tarbes en 2004, j’ai poursuivi mes activités de recherche au Laboratoire Génie de Production (LGP) en lien avec le développement d’outils d’aide ‘a la décision dans les processus d’ingénierie système basés sur l’exploitation de connaissances et d’expériences. En enseignement, depuis 2001, mes activités sont partagées entre le génie industriel et l’informatique. Ce document est structuré en deux parties : 1. la première partie permet d’exposer, dans mon Curriculum Vitae détaillé, un bilan de mes activités d’enseignant-chercheur. Mon parcours professionnel, mes activités d’enseignement et un bilan de mes activités de recherche sont exposés de manière synthétique. Dans un premier temps, les enseignements dont j’ai eu la responsabilité (conception et ou réalisation) ainsi que les documents pédagogiques produits et les volumes horaires sont exposés. Ensuite, les encadrements de chercheurs (doctorants, masters et post-doctorat), les projets institutionnels (FUI et ANR) dans lesquels j’ai pris des responsabilités, les partenariats avec des entreprises dans le cadre de contrats CIFRE, mes activités d’animation de la recherche au niveau national et international font partie de ce bilan. Cette section se termine par la liste exhaustive de mes publications et communications (section 3.5) réalisées depuis le début de mon activité de chercheur, en 1997, 2. la seconde partie synthétise mes activités de recherche réalisées depuis 2001. Cette seconde partie est présentée selon 6 chapitres. Le chapitre 1 permet d’exposer la problématique globale de mes travaux de recherche. Elle est orientée par un modèle à trois niveaux (Processus, Outils, Expériences / Connaissances) et étayée par un premier niveau d’étude bibliographique. Le niveau de détail choisi permet de comprendre cette problématique dans sa globalité. Les processus ciblés, les outils développés, les connaissances exploitées sont présentés au regard de la littérature dans les différents domaines. Les chapitres 2 à 5 fournissent quant à eux un niveau de détail plus fin. Ils permettent de présenter les problématiques de manière affinée, les développements réalisés et les contributions scientifiques majeures. L’objectif est de fournir des éléments qui soient utiles à la compréhension de mon activité de recherche mais, également, d’en favoriser l’exploitation ultérieure. Enfin, dans le chapitre 6, la conclusion permet de prendre le recul nécessaire au travaux réalisés et de proposer mon projet de recherche pour les années à venir

Optimisation de la consommation énergétique d'une ligne de métro automatique prenant en compte les aléas de trafic à l'aide d'outils d'intelligence artificielle

In 2014, as part of the Climate Plan, EU member countries have committed to reduce by 27% their energy consumption. One of the main focal areas consists in increasing the energy efficiency of urban transports. This thesis aims to propose a methodology to reduce the energy consumption of automatic metro lines while integrating traffic disruptions that occur under normal operating conditions. The principle adopted in this work is to maximize the reuse of electrical energy generated during braking of the train, by other trains running on the line. First part is dedicated to the electrical modeling of an automatic metro line and development of methods to calculate power flows between trains and power substations. Then, optimization algorithms are introduced to perform optimization of the most influential operating parameters in an ideal configuration ignoring traffic fluctuations. Finally, a methodology based on learning simulation data is developed in order to achieve optimization of energy consumption integrating traffic disruptions in real time. This last part will thus purchase the objective to provide a decision support to determine optimal dwell times to be carried out by trains in each station, so as to maximize braking energy recovery.En 2014, dans le cadre du Plan Climat, les pays membres de l’Union Européenne, se sont engagés à réduire de près de 27% leur consommation d’énergie. L’un des axes d’études concerne l’augmentation de l’efficacité énergétique des transports urbains. Cette thèse a pour objectif de proposer une méthodologie afin de réduire la consommation énergétique de lignes de métro automatique tout en intégrant les perturbations de trafic qui se produisent dans des conditions normales d’exploitation. Le principe retenu dans ces travaux est de maximiser la réutilisation de l’énergie générée lors du freinage des trains, par les autres trains présents sur la ligne. Une première partie est dédiée à la modélisation électrique d’une ligne de métro automatique et à la présentation de méthodes permettant de calculer les flux de puissances entre les trains et les sous-stations d’alimentation. Ensuite, des algorithmes d’optimisation sont introduits pour effectuer l’optimisation des paramètres d’exploitation les plus influents dans une configuration idéale n’intégrant pas les aléas de trafic. Enfin, une méthodologie basée sur un apprentissage des données de simulation est développée dans le but de réaliser l’optimisation énergétique de la consommation en temps réel et en intégrant les perturbations de trafic. Cette dernière partie aura ainsi pour objectif de fournir une aide à la décision dans le choix des temps d’arrêts que doivent effectuer chaque train en station afin de maximiser la récupération de l’énergie issue du freinage

Méthodologie de développement de systèmes multi-agents adaptatifs et conception de logiciels à fonctionnalité émergente

Environments within which applications are embedded are growing in complexity and dynamicity, considering the large number and the diversity of the takeholders. Functions of such systems become more and more difficult to define, and their specifications are often incomplete, even if their components are easily identifiable and specifiable. Without new design and modeling methods, managing such project will become too constraining, long and costly to cope with.We propose to use cooperative self-organising adaptive multi-agent systems (AMAS) to tackle these design problems. The functionality of such systems emerges from coopera- tive interactions between agents. Nevertheless, developing using AMAS is still an ad-hoc process and reduced to a small group of users. Several applications have been designed by using AMAS, but it has never been executed by novices and non AMAS experts. To answer to this lack of visibility and openess, the ADELFE project – for Atelier de DEveloppement de Logiciels à Fonctionnalité Emergente or Toolkit for developing applications with emergent functionalities – proposes to develop a methodology based on these emergence oriented principles. This methodology is defined in three points : process, notations and tools. The ADELFE process is based on the Rational Unified Process and extends or adds some agent specific activities. Notations are extensions of UML and A-UML. Tools have been developed or extended in to support notations, with OpenTool, and following the process is eased by using AdelfeToolkit.The relevance of this approach has been confronted to the development of experimental applications. Some results from a dynamic timetable solver, ETTO, and from a multi-robot transportation task are presented and analysed.Les environnements des applications d’aujourd’hui sont de plus en plus complexes et dy- namiques, compte tenu du grand nombre et de la diversité des acteurs en jeu. Les fonctions de tels systèmes deviennent alors de plus en plus difficiles à définir, et leur spécification est souvent incomplète, même si les composantes restent pleinement identifiables et spécifiables. Si de nouvelles méthodes de conception et de modélisation ne sont pas mises au point, la gestion des projets deviendra de plus en plus contraignante, longue et coûteuse.Nous proposons d’utiliser les systèmes multi-agents adaptatifs par auto-organisation coopérative pour palier ces problèmes de conception. La fonctionnalité de ces systèmes est une résultante émergeant des interactions coopératives entre agents. Toutefois, le développement de tels systèmes est resté confidentiel et réduit à un groupe autour de ses créateurs directs. Certes de nombreuses applications ont été conçues grâce à ces systèmes, mais jamais par des novices, non experts du domaine. Pour répondre à ce manque de visibilité et d’ouverture, le projet ADELFE - pour Atelier de DEveloppement de Logiciels à Fonctionnalité Emergente - propose de développer une méthode de développement d’applications repo- sant sur ces principes et définie en trois points : un processus, des notations et des outils. Le processus d’ADELFE est basé sur le Rational Unified Process et y ajoute des activités spécifiques à l’ingénierie orientée agent. Les notations sont une extension des notations UML et A-UML. Des outils ont été développés ou étendus afin de prendre en charge à la fois les notations, grâce à OpenTool, et le processus, grâce à un outil d’aide au suivi appelé AdelfeToolkit.La pertinence de cette méthodologie a été mise à l’épreuve au cours de développements d’applications diverses. Nous présentons ici les résultats obtenus pour un problème de résolution dynamique d’emploi du temps, ETTO (pour Emergent Time Tabling Organisation), et pour un problème de transport multi-robot de ressources