Méthodes et outils de la conception système couplée à la conduite de projet

Le travail que nous présentons dans ce document se situe dans le cadre de l’élaboration de méthodologies pour le développement des Systèmes. Plus particulièrement, nous proposons une méthode et des outils qui permettent le couplage de deux processus : la Conception de Produit et la Conduite de Projet. Pour la conception, nous présentons un processus qui va des exigences techniques jusqu’à l’élaboration d’un modèle logico-temporel et une représentation qui s’appuie d’abord sur le langage UML puis sur le formalisme HiLeS. Pour la conduite de projet, nous nous appuyons sur un processus classique de planification et nous développons l’idée de sélectionner les solutions optimales parmi des alternatives techniques issues du couplage du processus de conduite avec le processus de conception. L’aspect le plus innovant de ce travail se situe dans les méthodes et les outils que nous proposons pour réaliser ces échanges (tissage) : partitionnement, agrégation et projection.\ud Ces méthodes et outils sont illustrés sur un exemple d’application : la conception d’un Robot pour la fabrication de BioPuces. Cet exemple nous permet de confronter nos propositions avec la réalisation d’un projet et de montrer ainsi leurs avantages et leurs limitations. Ce travail ouvre la voie à une approche multiprocessus pour développer des systèmes conformement aux standards de l’Ingénierie Système. - The work that we present in this document is locates in the framework of the formation of methodologies for the development Systems. More particularly, we propose a method and tools which allow coupling two processes: The Product Design and the Project Management. For the design, we present a process which goes from the technical requirements until the development of a logico-temporal model and a representation which is based initially on UML language then on the HiLeS formalism. For the project management, we are based on a traditional process of planning and we develop the idea to select the optimal solutions among technical alternatives resulting from the coupling of the management process with the product design. The more innovating aspect of this work is located in the methods and tools that we propose for realize these exchanges (weaving): partitioning, aggregation and projection. These methods and tools are illustrated on an application example: the design of a Biochip Robot. This example enables us to confront our proposals with the realization of a project and show their advantages and their limitations. This work opens the way with an approach multiprocess to develop the systems in accordance with the standards of the system engineering\u

Petrinet-based Validation of Railway Signalling and Safety Systems

Die Entwicklung der Informatik und der Automatisierung ist (und war schon immer) Quelle stets neuer und effizienterer Lösungen, aber auch neuer Komplexität; sie macht eine dauerhafte, wirtschaftliche Gestaltung und Überprüfung der Sicherheit der Anlagen und der Verkehrssysteme nur noch schwieriger. Die Echtzeitinformatik ist heutzutage in die Systeme integriert, die das Leben von Menschen verwalten. Es stellt sich heraus, dass die derzeitigen Methoden und Normen nicht immer den Anforderungen nach Verfügbarkeit und nach Sicherheit entsprechen. Es sind so systematische Fehler der Software zu befürchten. Die vorliegende Arbeit besteht darin, eine Konzeptions- und Überprüfungsmethode zu definieren und zu instrumentalisieren. Sie zeigt, dass es möglich ist, formale Überprüfungsmethoden auf industrielle Steuerungen anzuwenden. Die Eisenbahnsteuerungen werden besonders behandelt. Die vorgeschlagene Methode beruht auf mehreren Konzeptionsideen: - so weit wie möglich das berufliche Umfeld berücksichtigen, die Sicherheitseigenschaften und die Funktionsanforderungen identifizieren - die Funktionssoftware und die Grundsoftware (Verwaltung des physikalischen Materials und Interpretation der fachspezifischen Aufgaben) unterscheiden - die Funktionen in Form von Automaten in AEFD-Sprache schreiben. Diese Sprache erlaubt eine Formulierung von Petrinetzen und eine deterministische Interpretation. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, eine formelle Überprüfung einer Eisenbahnsteuerung, z.B. eines Stellwerks, zu verwirklichen. Die Hauptidee besteht in der Entwicklung eines industriellen Sicherheitsautomaten, der sich wie eine abstrakte Maschine verhält, damit dieser später formal validiert werden kann. Das Hilfsprogramm für die Formulierung der funktionellen Graphen ist für Fachleute bestimmt, die nicht über besondere Informatikkenntnisse verfügen. Die Petrinetze sind eine Konzeptualisierungssprache. Diese Netze, die in der AEFD Sprache formuliert sind, werden als interpretierbare Spezifikationen benützt. Die Sicherheitseigenschaften und die Anforderungen sind auch auf dieselbe Art formuliert. Die vorgeschlagene Methode erlaubt es unter diesen Bedingungen, einen formalen Beweis der Funktionen des Systems durchzuführen.The development of computer science and that of the automatisation were and are still source new more and more efficient resolutions, but are also sources of new complicacy returning even more difficult lasting and economic comprehension, valuation, safety of functioning of equipment and systems of transport. The real time computer science is now present in systems managing human lives. It appears now that methods and actual norms do not always allow to answer wait in availability and in security. So systematic errors of software are to fear. The work consisted in defining and instrumenting a new method of comprehension and validation. The work shows that it is possible to apply a method of formal validation to industrial automatisms. The case of rail automatisms is more particularly treated. The proposed method rests on several actions of comprehension: - hold the biggest count of context job, to identify the ownership of security and the postulates of functioning; - differentiate functional software and basic software (management of the equipment and interpretation of functional functions); - specify functions in form of automat written in language AEFD. This language allows a writing of Petri nets and a determinist and interpretable way. In these conditions it is possible to accomplish a formal validation of a rail automatism, a interlocking system or level crossing system for instance. The main idea consists in developing an industrial safety automatism which acts as an abstracted machine (a real time interpreted competitive automat with constraint) to allow a subsequent formal validation. The writing of functional graphs contacts persons having a signalling competence without any special knowledge in computer science. Petri nets are a language of conceptualization. We used these networks, written in the AEFD language, as language of deterministic and interpretable specifications. The safety properties and the functioning postulates are written in the same way. The proposed method allows in these conditions to accomplish a formal proof of the signalling functionalities realized by the computerized system

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

Système complet d’acquisition vidéo, de suivi de trajectoires et de modélisation comportementale pour des environnements 3D naturellement encombrés : application à la surveillance apicole

This manuscript provides the basis for a complete chain of videosurveillence for naturally cluttered environments. In the latter, we identify and solve the wide spectrum of methodological and technological barriers inherent to : 1) the acquisition of video sequences in natural conditions, 2) the image processing problems, 3) the multi-target tracking ambiguities, 4) the discovery and the modeling of recurring behavioral patterns, and 5) the data fusion. The application context of our work is the monitoring of honeybees, and in particular the study of the trajectories bees in flight in front of their hive. In fact, this thesis is part a feasibility and prototyping study carried by the two interdisciplinary projects EPERAS and RISQAPI (projects undertaken in collaboration with INRA institute and the French National Museum of Natural History). It is for us, computer scientists, and for biologists who accompanied us, a completely new area of investigation for which the scientific knowledge, usually essential for such applications, are still in their infancy. Unlike existing approaches for monitoring insects, we propose to tackle the problem in the three-dimensional space through the use of a high frequency stereo camera. In this context, we detail our new target detection method which we called HIDS segmentation. Concerning the computation of trajectories, we explored several tracking approaches, relying on more or less a priori, which are able to deal with the extreme conditions of the application (e.g. many targets, small in size, following chaotic movements). Once the trajectories are collected, we organize them according to a given hierarchical data structure and apply a Bayesian nonparametric approach for discovering emergent behaviors within the colony of insects. The exploratory analysis of the trajectories generated by the crowded scene is performed following an unsupervised classification method simultaneously over different levels of semantic, and where the number of clusters for each level is not defined a priori, but rather estimated from the data only. This approach is has been validated thanks to a ground truth generated by a Multi-Agent System. Then we tested it in the context of real data.Ce manuscrit propose une approche méthodologique pour la constitution d’une chaîne complète de vidéosurveillance pour des environnements naturellement encombrés. Nous identifions et levons un certain nombre de verrous méthodologiques et technologiques inhérents : 1) à l’acquisition de séquences vidéo en milieu naturel, 2) au traitement d’images, 3) au suivi multi-cibles, 4) à la découverte et la modélisation de motifs comportementaux récurrents, et 5) à la fusion de données. Le contexte applicatif de nos travaux est la surveillance apicole, et en particulier, l’étude des trajectoires des abeilles en vol devant la ruche. De ce fait, cette thèse se présente également comme une étude de faisabilité et de prototypage dans le cadre des deux projets interdisciplinaires EPERAS et RISQAPI (projets menées en collaboration avec l’INRA Magneraud et le Muséum National d’Histoire Naturelle). Il s’agit pour nous informaticiens et pour les biologistes qui nous ont accompagnés, d’un domaine d’investigation totalement nouveau, pour lequel les connaissances métiers, généralement essentielles à ce genre d’applications, restent encore à définir. Contrairement aux approches existantes de suivi d’insectes, nous proposons de nous attaquer au problème dans l’espace à trois dimensions grâce à l’utilisation d’une caméra stéréovision haute fréquence. Dans ce contexte, nous détaillons notre nouvelle méthode de détection de cibles appelée segmentation HIDS. Concernant le calcul des trajectoires, nous explorons plusieurs approches de suivi de cibles, s’appuyant sur plus ou moins d’a priori, susceptibles de supporter les conditions extrêmes de l’application (e.g. cibles nombreuses, de petite taille, présentant un mouvement chaotique). Une fois les trajectoires collectées, nous les organisons selon une structure de données hiérarchique et mettons en œuvre une approche Bayésienne non-paramétrique pour la découverte de comportements émergents au sein de la colonie d’insectes. L’analyse exploratoire des trajectoires issues de la scène encombrée s’effectue par classification non supervisée, simultanément sur des niveaux sémantiques différents, et où le nombre de clusters pour chaque niveau n’est pas défini a priori mais est estimé à partir des données. Cette approche est dans un premier temps validée à l’aide d’une pseudo-vérité terrain générée par un Système Multi-Agents, puis dans un deuxième temps appliquée sur des données réelles

Former à la conception d’expériences de réalité étendue : vers un champ d’études et de pratique en design et médiation de futurs

Ce mémoire porte sur l’enseignement universitaire du design formant à la conception des expériences de la réalité étendue (RE). Il s’agit d’une modalité évolutive de médiation expérientielle qui intègre l’ensemble de celles établies (RA, RV, RM). Nous étudions les potentialités des expériences qui, lorsqu’elles sont actualisées grâce à des technologies prêt-à- porter sur ou en soi, peuvent modifier in situ la réalité perçue pour fluidifier, enrichir, ou enchanter l’existence de l’être humain évoluant à l’intersection de l’actuel-physique et du virtuel- numérique. Dans une perspective prospectiviste révélant la pratique du projet de design comme la conception de ces expériences constitutives de nos futurs préférables, nous abordons la médiation du cadre de la vie quotidienne au prisme expérientiel du modèle ontophanique unifiant de la « réalité multiplis » (Courchesne, 2012). Si le projet, nous amenant à avoir une expérience mémorable et indivisible des multiples plis de notre réalité qui s’enrichit, génère de nouveaux axes de recherche et de création au croisement des disciplines œuvrant à son avancement, il pose aussi des défis croissants aux divers programmes d’études et de pratique qui y préparent – défis pourtant peu abordés au sein des écoles de design. Notre recherche vise à développer l’enseignement universitaire du design formant à la conception des expériences à la fois immersives et nomades de la réalité étendue (RE). À cette fin, nous avons effectué une revue de littérature qui porte sur les principales modalités établies de médiation expérientielle, sur la nomadisation des expériences immersives dans la vie de tous les jours, et sur la méthodologie de la recherche en éducation. Ce chapitre qui constitue la charpente de notre cadre théorique nous conduit à élaborer une stratégie méthodologique mixte organisant la recherche sur le terrain en trois parties. Nous débutons par la réalisation 1) d’une étude de cas visant à mieux comprendre, par la pratique réflexive, la conception de l’expérience immersive et nomade dont nous modélisons le projet. Le modèle est ensuite mis à l’épreuve dans l’enseignement, grâce à 2) une enquête par questionnaire (n = 54), afin d’identifier les principaux défis rencontrés par les étudiants. Ces défis servent à vérifier la pertinence de l’offre de cours dans l’analyse comparative de 3) deux recensements comprenant trente-six programmes d’un système universitaire développé. À la lumière de nos résultats, nous concluons la recherche en introduisant un modèle synthèse inédit qui structure un nouvel axe d’enseignement en design et médiation des futurs. Nous espérons que ce modèle pourra contribuer au développement de l’enseignement universitaire qui forme à la conception des expériences de la réalité étendue (RE) dans les divers champs d’études et de pratique du design.This thesis focuses on design education aimed at the design practice of extended reality (XR) experiences defined as an evolving modality of experiential mediation which integrates all of those established (AR, VR, MR). We study the potential of these experiences which, when they are actualized using wearable technologies on or in ourselves, can modify in situ our perceived reality to fluidify, enrich, or enchant the existence of the human being evolving at the intersection of the actual-physical and the virtual-digital. From a foresight perspective revealing design practice as the conception of these constitutive experiences of our preferable futures, we approach the mediation of the daily life through the experiential prism of the unifying ontophanic “multifold reality” model (Courchesne, 2012). If the project leading us to have a memorable and indivisible experience of the multiple folds of our extending reality generates new research and creation axes, at the crossroads of disciplines working towards its advancement, it also poses growing challenges to most programs of studies and practice in design – challenges that are not often addressed in design schools. Our research seeks to develop design education that trains to both immersive and nomad extended reality (XR) experiences. To this end, we conducted a review of the literature on the main established modalities of experiential mediation, on the nomadization of immersive experiences in everyday life, and on the research methodology in education. This chapter, which constitutes our theoretical framework, leads us to develop a mixed methods strategy by organizing our research into three parts. We begin by 1) a case study aimed at better understanding, through reflective practice, of the design of immersive and nomad experience, which we model the project. The model is then put to the test in teaching, using a 2) a questionnaire survey (n = 54), to identify the main challenges encountered by the students. These challenges are crossed with the comparative analysis of 3) two lists comprising thirty-six programs of a developed university system, with the aim of verifying the relevance of the course offer. In the light of our results, we conclude the research by introducing a novel synthesis model that structures a new teaching axis in design and futures mediation. We hope that this model can contribute to the development of design education training to extended reality (XR) experiences in the various fields of studies and practice of design

Optimisation fonctionnelle et spatiale de scénarios de méthanisation centralisée selon une approche systémique territoriale couplée à l'analyse du cycle de vie

In France, the rapid development of anaerobic digestion (a process used to generate renewable energy by breaking down organic residues) has led to the environmental relevance of this solution being questioned. It is particularly worthwhile evaluating inasmuch as development of the sector forms part of national plans relating to climate and energy issues. Centralised anaerobic digestion also fits in profitably with various industrial ecology approaches, with the multifunctionality of the process constituting a substantial asset in that it favours circular flows of materials and energy.However, this multifunctionality also represents the main source of the methodological difficulties encountered in the evaluation of the environmental performance of anaerobic digestion systems. Resolving this, i.e. defining the main function of a system, requires the environmental evaluation method to be contextualised. For life cycle assessment (LCA), the predominant standardised tool, this contextualisation emerges as being appropriate to the first stage of the methodology, when the system is defined.This thesis puts forward a conceptual framework, aimed at defining anaerobic digestion scenarios that are consistent with the particularities of the territory in which they are located. To do this, a territorial systemic approach, involving geographic information systems (GIS) and object-oriented modelling, was developed. This was required due to the inherently complex nature of any centralised anaerobic digestion system. The approach has resulted in a spatial model for territorial location of a centralised anaerobic digestion solution, incorporating all its component parts, networks and variables (organic resources, energy users, the road network, water quality, etc.). The systemic approach was followed by a phase of functional and spatial optimisation involving three successive sets of indicators, enabling the following to be defined: (i) the main function to be played by an anaerobic digestion system within the territory studied, (ii) the possible configurations of an anaerobic digestion system capable of fulfilling this main function and (iii) the preferential zones for locating the scenarios envisaged. This methodology, designed to be transposable to any territory within France, forms part of the first two LCA stages, i.e. definition of objectives and life cycle inventory. The subsequent stage involves conventional quantification and interpretation of the potential environmental impacts resulting from the scenarios produced.In order to validate the applicability of the method developed, the territorial systemic approach was applied to two territories that were comparable in terms of surface area and competencies but different in terms of natural constraints and dominant economic activities. These case studies highlight the links between specific territorial characteristics and the design of the local solution. The influence of the main function selected for an anaerobic digestion system on the performance and results of the LCA was also studied for one of these territories. The most noteworthy differences relate to substitution, highlighting the importance of developing anaerobic digestion as a priority when the local context makes it possible for the multiple functions of the solution to replace existing sectors with particularly harmful effects on the environment.En France, le développement rapide de la méthanisation, procédé de production d’énergie renouvelable par dégradation de résidus organiques, soulève la question de la pertinence environnementale de la filière. Cette dernière mérite d’autant plus d’être évaluée que le développement de la filière est inscrit dans les plans nationaux relatifs aux enjeux climatique et énergétique. La méthanisation centralisée s’insère d’ailleurs de manière profitable dans diverses démarches d’écologie industrielle et territoriale (EIT), au sein desquelles la multifonctionnalité du procédé constitue un atout substantiel en faveur du bouclage des flux de matière et d’énergie.Cette multifonctionnalité représente néanmoins la principale source de difficultés méthodologiques rencontrées lors de l’évaluation des performances environnementales de systèmes de méthanisation. Sa résolution, à savoir la définition de la fonction principale d’un système, passe par la contextualisation de la méthode. Pour l’analyse du cycle de vie (ACV), outil normé prédominant, cette contextualisation se révèle pertinente dès la première étape de la méthodologie, lors de la définition du système.Ce travail de thèse propose un cadre conceptuel visant à définir des scénarios de méthanisation contraints par leur territoire d’implantation. Pour cela, une approche systémique territoriale, impliquant les systèmes d’information géographique (SIG) et la modélisation orientée objet, a été développée, justifiée par le caractère complexe inhérent à tout système de méthanisation centralisée. Elle résulte en un modèle spatial de l’insertion territoriale d’une filière de méthanisation centralisée, qui intègre l’ensemble de ses éléments constitutifs, réseaux ou variables (ressources organiques, consommateurs d’énergie, réseau routier, qualité des eaux, etc.). A l’issue de l’approche systémique a lieu une phase d’optimisation fonctionnelle et spatiale qui met en jeu trois séries successives d’indicateurs, permettant de définir : (i) la fonction principale que remplirait un système de méthanisation au sein du territoire étudié, (ii) les configurations possibles d’un système de méthanisation qui puissent satisfaire à cette fonction principale et (iii) les zones préférentielles d’implantation des scénarios élaborés. Cette méthodologie, conçue de manière à être transposable à tout territoire français, s’intègre aux deux premières étapes de l’ACV, à savoir la définition des objectifs et l’inventaire du cycle de vie. L’étape suivante est alors la quantification classique puis l’interprétation des impacts environnementaux potentiels imputables aux scénarios générés.Afin de valider l’applicabilité de la méthode développée, deux territoires, comparables en termes d’emprise et de compétences mais contrastés en termes de contraintes naturelles et d’activités économiques dominantes, ont été soumis à l’approche systémique territoriale. Ces cas d’étude ont mis en évidence les liens entre spécificités territoriales et conception de la filière. L’influence de la fonction principale retenue pour un système de méthanisation sur la réalisation et les résultats de l’ACV a par ailleurs été étudiée pour l’un de ces territoires. Les différences les plus notoires tiennent aux substitutions et montrent l’importance de développer la méthanisation en priorité lorsque le contexte local permet aux fonctions multiples de la filière de remplacer des filières existantes dont les impacts sur l’environnement sont particulièrement préjudiciables

GENESIS, un environnement pour la création musicale à l'aide de modèles physiques particulaires

In the context of Computer Music, physical modeling is usually viewed as an approach to sound synthesis which offers particularly interesting sounds and dynamic behaviors. This is a reducing point of view, since the physical modeling allows also to work at the macro-structural level of the musical composition. Additionally, there is a lack of tools enabling musicians (composers) to embrace physical modeling (the design of their own models) as part of their to processes.GENESIS is an environment for creating music by means of CORDIS-ANIMA mass-interaction models. In GENESIS, physical models (or 'objects') can be fully considered as the basic symbols of a whole new musical language. The user will develop a new conceptual approach, an "intuitive physical thought”.As a first step, we expose the specificities of the approach compared with others for creating music with computers. The working processes we want to support are described. Finally, we present the features and interfaces we designed in order to allow and help theses processes.Les 'modèles physiques' sont de plus en plus utilisés en Informatique Musicale. Ils sont souvent envisagés comme de nouveaux modèles de synthèse de son venant étendre les techniques plus traditionnelles. C'est une position réductrice dans la mesure où ils permettent aussi d’aborder la création de la macro-structure musicale. De plus, le musicien est rarement invité à s’emparer de la modélisation physique elle-même – de la réalisation de ses propres modèles – dans le cadre de ses processus de création.L'environnement informatique GENESIS basé sur les modèles particulaires (ou masses-interactions) CORDIS-ANIMA fait des modèles physiques un véritable langage d'écriture musicale, dont les symboles sont des objets physiques virtuels. Avec lui, l'utilisateur est invité à développer une démarche conceptuelle nouvelle, une « pensée physique » intuitive.Dans un premier temps l'approche est caractérisée en regard d'autres démarches de création avec l'ordinateur, puis les processus de création attenants sont spécifiés.Dans un second temps, on introduit les fonctionnalités et l’ergonomie qui permettent et soutiennent ces processus et on présente leur mise en œuvre au sein de l’environnement complet pour la création musicale GENESIS