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National audience; We study the behaviour of Discrete Event Systems (DES) subjectto strong temporal constraints. We are more particularly interested in theformal verification of properties on the timed languages associated with theirexecutions. In this context, we focus on DES modelled using Time Petri Nets(TPN), an extension of classical Petri nets in which we can constrain the timeduring which transitions stay enabled.Our goal is to use and extend techniques borrowed from model-checkingin order to check properties related to the diagnosability of a system. To thisend, we study properties on the intersection of the timed languages of systems.Our approach is based on the definition of a new composition operator, thatwe call synchronous product, that constrain different transitions to fire at thesame time. This allows us to analyse the product of systems more directly,without the need to compute the intersection of their language at the level oftheir state spaces.Our main contribution is the definition of a new formal model, calledProduct TPN (PTPN), that includes our notion of synchronous product inits syntax. We show how to extend the notion of State Class Graphs toPTPN and use this construction to check the diagnosability of single faultson TPN. We also study the diagnosability of more complex behaviours, expressedusing patterns of events, and explore a restricted case of timed pattern.; Cette thèse porte sur l’étude des Systèmes à Événements Discrets(SED) soumis à des contraintes temporelles fortes, et plus précisément sur lavérification de propriétés liées aux langages associés à leurs exécutions. Dansce contexte, nous nous concentrons à l’étude des réseaux de Petri temporels(TPN) comme modèle pour la spécification des SED.L’objectif général est d’utiliser et d’étendre des méthodes issues du domainedu model-checking afin de répondre à des questions de diagnosticabilité.Pour ce faire, nous cherchons à vérifier des propriétés liées à l’intersectionentre les langages temporels (le comportement) de différent systèmes. Notreapproche repose sur la définition d’une nouvelle opération de produit synchroneentre TPN qui nous permet d’utiliser des techniques d’analyse plusdirectes. Ceci nous permet, en particulier, d’éviter de devoir calculer directementl’intersection entre langages au niveau des espaces d’état des systèmes.Notre contribution principale est la définition d’un nouveau modèle, lesProduct TPN (PTPN), qui internalise notre concept de produit synchroneentre transitions. Nous proposons une extension de la notion de graphes declasses au cas des PTPN et utilisons ce modèle pour vérifier la propriété dediagnosabilité sur les TPN dans le cas de fautes simples, mais également pourla diagnosticabilité de scénarios plus complexes, décrit sous la forme de motifs.

This thesis proposes mathematical traffic models and control laws for metro lines with one junction. The models are based on the ones developed for linear metro lines (without junction) in [12, 14]. The train dynamics are described with a discrete event traffic model. Two time constraints are considered. The first one imposes lower bounds on the train run and dwell times. The second one fixes a lower bound on the safe separation time between two trains. A model of the train dynamics on the junction is proposed, as well as control laws for the train run and dwell times, as a function of the passenger travel demand. Most of these models are written as linear systems in the max-plus algebra (polynomial matrix algebra), which permits the characterization of the stationary regime, and the derivation of traffic phase diagrams., PhD thesis

Various kinds of manufacturing systems can be modeled and analyzed by Timed EventGraphs (TEGs). These TEGs are a particular class of timed Discrete Event Systems (DESs), whose dynamic behavior is characterized only by synchronization and saturation phenomena. A major advantage of TEGs over many other timed DES models is that their earliest behavior can be described by linear equations in some tropical algebra structures called dioids. This has led to a broad theory for linear systems over dioids where many concepts of standard systems theory were introduced for TEGs. For instance, with the (max,+)-algebra linear state-space models for TEGs were established. These linear models provide an elegant way to do performance evaluation for TEGs. Moreover, based on transfer functions in dioids severalcontrol problems for TEGs were addressed. However, the properties of TEGs, and thus the systems which can be described by TEGs, are limited. To enrich these properties, two main extensions for TEGs were introduced. First,Weighted Timed Event Graphs (WTEGs) which, in contrast to ordinary TEGs, exhibit event-variant behaviors. InWTEGs integer weights are considered on the arcs whereas TEGs are restricted to unitary weights. For instance, these integer weights make it straightforward to model a cutting process in a production line. Second, a new kind of synchronization called partial synchronization (PS) was introduced forTEGs. PS is useful to model systems where specific events can only occur in a particular time window. For example, consider a crossroad controlled by a traffic light: the green phase of the traffic light provides a time window in which a vehicle is allowed to cross. Clearly, PS leads to time-variant behavior. As a consequence, WTEGs and TEGs under PS are not (max,+)-linear anymore.In this thesis, WTEGs and TEGs under PS are studied in a dioid structure. Based on these dioid models forWTEGs a decomposition of the dynamic behavior into an event-variant and an event-invariant part is proposed. Under some assumptions, it is shown that the eventvariant part is invertible. Hence, based on this model, optimal control and model reference control, which are well known for ordinary TEGs, are generalized to WTEGs. Similarly, a decomposition model is introduced for TEGs under PS in which the dynamic behavior is decomposed into a time-variant and time-invariant part. Again, under some assumptions, it is shown that the time-variant part is invertible. Subsequently, optimal control, as well as model reference control for TEGs under PS is addressed.; De nombreux systèmes de production peuvent être modélisés et analysés à l’aide de graphes d’événements temporisés (GET). Les GET forment une classe de systèmes à événements discrets temporisés (SEDT), dont la dynamique est définie uniquement par des phénomènes de synchronisation et de saturation. Un avantage majeur des GET par rapport à d’autres classes de SEDT est qu’ils admettent, sous certaines conditions, un modèle linéaire dans des espaces algébriques particuliers : les dioïdes. Ceci a conduit au développement d’une théorie des systèmes linéaires dans les dioïdes, grâce à laquelle de nombreux concepts de l’automatique classique ont été adaptés aux GET. Par exemple, l’algèbre (max,+) (i.e., le dioïde basé sur les opérations (max,+)) offre des techniques élégantes pour l’analyse et le contrôle de GET. Cependant, les conditions nécessaires pour modéliser un système à événements discrets par un GET sont très restrictives. Pour élargir la classe de systèmes concernés, deux extensions principales ont été développées. D’une part, les GET valués ont été introduits pour décrire des phénomènes d’assemblage et de séparation dans les systèmes de production. Cette extension se traduit par l’association de coefficients entiers aux arrêtes d’un graphe d’événements. Contrairement aux GET, ces systèmes ne sont pas invariants par rapport aux événements et ne peuvent donc pas être décrits par des équations linéaires dans l’algèbre (max,+). D’autre part, la synchronisation partielle (PS) a été introduite pour modéliser des systèmes dans lesquels certains événements ne peuvent se produire que pendant des intervalles prédéfinis. Par exemple, dans une intersection réglée par un feu tricolore, une voiture peut traverser l’intersection lorsque le feu est vert. Contrairement aux GET, ces systèmes ne sont pas invariants dans le domaine temporel et ne peuvent donc pas être décrits par des équations linéaires dans l’algèbre (max,+). Dans cette thèse, une modélisation des GET valués et des GET avec PS dans des dioïdes adaptés est présentée. A l’aide de ces dioïdes, une décompostion pour les GET valués (resp. GET avec PS) en un GET et une partie non-invariante dans le domaine des événements (resp. dans le domaine temporel) est introduite. Sous certaines conditions, la partie invariante est invertible. Dans ce cas, les modèles et contrôleurs pour le GET valué ou le GET sous PS peuvent être directement dérivés des modèles et contrôleurs obtenus pour le GET associé.

Various kinds of manufacturing systems can be modeled and analyzed by Timed Event Graphs (TEGs). These TEGs are a particular class of timed Discrete Event Systems (DESs), whose dynamic behavior is characterized only by synchronization and saturation phenomena. A major advantage of TEGs over many other timed DES models is that their earliest behavior can be described by linear equations in some tropical algebra structures called dioids. This has led to a broad theory for linear systems over dioids where many concepts of standard systems theory were introduced for TEGs. For instance, with the (max,+)-algebra linear state-space models for TEGs were established. These linear models provide an elegant way to do performance evaluation for TEGs. Moreover, based on transfer functions in dioids several control problems for TEGs were addressed. However, the properties of TEGs, and thus the systems which can be described by TEGs, are limited. To enrich these properties, two main extensions for TEGs were introduced. First, Weighted Timed Event Graphs (WTEGs) which, in contrast to ordinary TEGs, exhibit event-variant behaviors. In WTEGs integer weights are considered on the arcs whereas TEGs are restricted to unitary weights. For instance, these integer weights make it straightforward to model a cutting process in a production line. Second, a new kind of synchronization called partial synchronization (PS) was introduced for TEGs. PS is useful to model systems where specific events can only occur in a particular time window. For example, consider a crossroad controlled by a traffic light: the green phase of the traffic light provides a time window in which a vehicle is allowed to cross. Clearly, PS leads to time-variant behavior. As a consequence, WTEGs and TEGs under PS are not (max,+)-linear anymore. In this thesis, WTEGs and TEGs under PS are studied in a dioid structure. Based on these dioid models for WTEGs a decomposition of the dynamic behavior into an event-variant and an event-invariant part is proposed. Under some assumptions, it is shown that the event-variant part is "invertible". Hence, based on this model, optimal control and model reference control, which are well known for ordinary TEGs, are generalized to WTEGs. Similarly, a decomposition model is introduced for TEGs under PS in which the dynamic behavior is decomposed into a time-variant and time-invariant part. Again, under some assumptions, it is shown that the time-variant part is invertible. Subsequently, optimal control, as well as model reference control for TEGs under PS is addressed., Viele Produktions- und Fertigungsanlagen können mit Hilfe von Synchronisationsgraphen modelliert und analysiert werden. Diese Synchronisationsgraphen sind eine spezielle Klasse der zeitbehafteten Ereignisdiskreten Systemen, deren dynamisches Verhalten nur durch Synchronisations- und Sättigungsphänomene gekennzeichnet ist. Ein Vorteil dieser Synchronisationsgraphen gegenüber vielen anderen Modellen besteht darin, dass ihr schnellstes Verhalten durch lineare Gleichungen in einigen „tropischen“ Algebren, den sogenannten Dioiden, beschrieben werden kann. Dies hat zu der Entwicklung einer umfangreichen Theorie für lineare Systeme in Dioiden geführt, wobei viele Konzepte aus der Standard Systemtheorie auf Synchronisationsgraphen übertragen wurden. Zum Beispiel die (max,+) Algebra biete elegante Analyseverfahren und Reglerentwurfsverfahren für Synchronisationsgraphen. Allerdings ist die Systemklasse, die mit Hilfe von Synchronisationsgraphen beschrieben werden kann, eingeschränkt. Zum Beispiel lassen sich Fertigungsanlagen mit Gruppierungs- oder Vereinzelungsschritten nicht mit Synchronisationsgraphen modellieren. Daher wurden einige Erweiterungen für Synchronisationsgraphen eingeführt. Zum einen wurden die Kanten von Synchronisationsgraphen mit ganzzahligen Gewichten erweitert. Diese gewichteten Synchronisationsgraphen weisen im Gegensatz zu gewöhnlichen Synchronisationsgraphen ereignisvariantes Verhalten auf und ermöglichen es nun Gruppierungs oder Vereinzelungsschritte zu beschreiben. Des Weiteren wurde eine neue Art der Synchronisation namens partieller Synchronisation (PS) eingeführt. Diese PS ist nützlich für die Modellierung von zeitvarianten Systemen, bei denen bestimmte Ereignisse nur in einem bestimmten Zeitfenster auftreten können. Ein solches Verhalten tritt zum Beispiel an einer Kreuzung mit Ampelsteuerung auf, die Grünphase der Ampeln beschreibt das Zeitfenster, in dem ein Fahrzeug die Kreuzung überqueren darf. Aufgrund ihres ereignisvarianten bzw. zeitvarianten Verhalten können gewichteten Synchronisationsgraphen sowie Synchronisationsgraphen unter PS nicht mehr mit linearen Gleichungen in der (max,+) Algebra beschrieben werden. In dieser Arbeit werden gewichteten Synchronisationsgraphen und Synchronisationsgraphen unter PS in Dioiden modelliert. Basierend auf dieser Modellierung wird eine Zerlegung des dynamischen Verhaltens von gewichteten Synchronisationsgraphen in einen ereignisvarianten und einen ereignisinvarianten Teil vorgestellt. Analog wird für Synchronisationsgraphen unter PS gezeigt, dass ihr dynamisches Verhalten in einem zeitvarianten und zeitinvarianten Teil zerlegt werden kann. Unter speziellen Voraussetzungen wird gezeigt, dass dieser ereignisvarianten bzw. zeitvarianten Teile „invertierbar“ ist. Dies ermöglicht die Übertragung von etablierten Analyse- und Regelungsentwurfsverfahren von gewöhnlichen Synchronisationsgraphen auf die allgemeineren Klassen der gewichteten Synchronisationsgraphen und Synchronisationsgraphen unter PS., De nombreux systèmes de production peuvent être modélisés et analysés à l’aide de graphes d’événements temporisés (GET). Les GET forment une classe de systèmes à événements discrets temporisés (SEDT), dont la dynamique est définie uniquement par des phénomènes de synchronisation et de saturation. Un avantage majeur des GET par rapport à d’autres classes de SEDT est qu’ils admettent, sous certaines conditions, un modèle linéaire dans des espaces algébriques particuliers : les dioïdes. Ceci a conduit au développement d’une théorie des systèmes linéaires dans les dioïdes, grâce à laquelle de nombreux concepts de l’automatique classique ont été adaptés aux GET. Par exemple, l’algèbre (max,+) (i.e., le dioïde basé sur les opérations (max,+)) offre des techniques élégantes pour l’analyse et le contrôle de GET. Cependant, les conditions nécessaires pour modéliser un système à événements discrets par un GET sont très restrictives. Pour élargir la classe de systèmes concernés, deux extensions principales ont été développées. D’une part, les GET valués ont été introduits pour décrire des phénomènes d’assemblage et de séparation dans les systèmes de production. Cette extension se traduit par l’association de coefficients entiers aux arrêtes d’un graphe d’événements. Contrairement aux GET, ces systèmes ne sont pas invariants par rapport aux événements et ne peuvent donc pas être décrits par des équations linéaires dans l’algèbre (max,+). D’autre part, la synchronisation partielle (PS) a été introduite pour modéliser des systèmes dans lesquels certains événements ne peuvent se produire que pendant des intervalles prédéfinis. Par exemple, dans une intersection réglée par un feu tricolore, une voiture peut traverser l’intersection lorsque le feu est vert. Contrairement aux GET, ces systèmes ne sont pas invariants dans le domaine temporel et ne peuvent donc pas être décrits par des équations linéaires dans l’algèbre (max,+). Dans cette thèse, une modélisation des GET valués et des GET avec PS dans des dioïdes adaptés est présentée. A l’aide de ces dioïdes, une décompostion pour les GET valués (resp. GET avec PS) en un GET et une partie non-invariante dans le domaine des événements (resp. dans le domaine temporel) est introduite. Sous certaines conditions, la partie invariante est "invertible". Dans ce cas, les modèles et contrôleurs pour le GET valué ou le GET sous PS peuvent être directement dérivés des modèles et contrôleurs obtenus pour le GET associé.

The automation degree of railway control systems is constantly increasing. Railway industry needs the enhanced level of safety and reliability guarantee to replace the drivers by Automatic Train Control (ATC) systems. However, the system complexity is also heavily increased by the integration of automatic functions, which has caused the difficulty to analyze these systems.Different modeling methods can be used to build the system models at the appropriate level of abstraction. Formal modeling methods and formal verification methods can provide crucial support to ensure safety and reliability properties. Petri Nets are a suitable tool for modeling and verifying critical systems such as automatic train control systems. In this thesis, we use more specifically Colored Petri Nets (CPNs) to exploit modularity and hierarchization for the modeling and verification of a large-scale system.; Le degré d'automatisation des systèmes de contrôle ferroviaire est en constante augmentation. Les industriels ferroviaires ont besoin d'un niveau accru de sécurité et de fiabilité pour remplacer les conducteurs par des systèmes de contrôle automatique des trains (ATC). Cependant, la complexité du système est également fortement augmentée par l'intégration des fonctions automatiques, ce qui rend difficile l'analyse de ces systèmes.Différentes méthodes de modélisation peuvent être utilisées pour construire les modèles du système au niveau d'abstraction approprié. Les méthodes de modélisation formelles et les méthodes de vérification formelles fournissent un cadre crucial pour assurer les propriétés de sécurité et de fiabilité. Les Réseaux de Petri constituent un outil formel approprié à la modélisation et à la vérification de systèmes critiques comme les systèmes de contrôle automatique du ferroviaire. Dans cette thèse, nous utilisons plus particulièrement les réseaux de Pétri colorés (CPNs) de Jensen pour exploiter la modularité et la hiérarchisation pour la modélisation et la vérification d’un système de grande taille

In this thesis, we analyze the dynamics of discrete event systems with synchronization and priorities, by the means of Petri nets and queueing networks.We apply this to the performance evaluation of an emergency call center.Our original motivation is practical. During the period of this work, a new emergency call center became operative in Paris area, handling emergency calls to police and firemen.The new organization includes a two-level call treatment. A first level of operators answers calls, identifies urgent calls and handles (numerous) non-urgent calls.Second level operators are specialists (policemen or firemen) and handle emergency demands.When a call is identified at level 1 as extremely urgent, the operator stays in line with the call until a level 2 operator answers. The call has priority for level 2 operators.A consequence of this procedure is that, when level 2 operators are busy, level 1 operators wait with extremely urgent calls, and the capacity of level 1 diminishes.We are interested in the performance evaluation of various systems corresponding to this general description, in stressed situations.We propose three different models addressing this kind of systems.The first two are timed Petri net models.We enrich the classical free choice Petri nets by allowing conflict situations in which the routing is solved by priorities.The main difficulty in this situation is that the operator of the dynamics becomes non monotone.In a first model, we consider discrete dynamics for this class of Petri nets, with constant holding times on places.We prove that the counter variables of an execution of the Petri net are solutions of a piecewise linear system with delays.As far as we know, this proof is new, even for the class of free choice nets, which is a subclass of ours.We investigate the stationary regimes of the dynamics, and characterize the affine ones as solutions of a piecewise linear system, which can be seen as a system over a tropical (min-plus) semifield of germs.Numerical experiments show that, however, convergence does not always holds towards these affine stationary regimes.The second model is a ``continuization'' of the previous one. For the same class of Petri nets, we propose dynamics expressed by differential equations, so that the tokens and time events become continue.For this differential system with discontinuous righthandside, we establish the existence and uniqueness of the solution.By using differential equations, we aim at obtaining a simpler model in which discrete time pathologies disappear. We show that the stationary regimes are the same as the stationary regimes of the discrete time dynamics.Numerical experiments tend to show that, in this setting, convergence effectively holds.We also model the emergency call center described above as a queueing system, taking into account the randomness of the different call center variables.For this system, we prove that, under an appropriate scaling, the dynamics converges to a fluid limit which corresponds to the differential equations of our Petri net model.This provides support for the second model.Stochastic calculus for Poisson processes, generalized Skorokhod formulations and coupling arguments are the main tools used to establish this convergence.Hence, our three models of an identical emergency call center yield the same schematic asymptotic behavior, expressed as a piecewise linear system of the parameters, and describing the different congestion phases of the system.In a second part of this thesis, simulations are carried out and analyzed, taking into account the many subtleties of our case study (for example, we construct probability distributions based on real data analysis).The simulations confirm the schematic behavior described by our mathematical models.We also address the complex interactions coming from the heterogeneous nature of level 2., Dans cette thèse, nous analysons la dynamique de systèmes à événements discrets avec synchronisation et priorités, au moyen de réseaux de Petri et de réseaux de files d'attente.Nous appliquons cela à l'évaluation de performance d'un centre d'appels d'urgence.Notre motivation de départ est pratique. Pendant la durée de ce travail, un nouveau centre d'appels d'urgence a été mis en place pour l'agglomération parisienne, traitant les appels pour la police et les pompiers.La nouvelle organisation traite les appels en deux niveaux.Un premier niveau d'opérateurs répond aux appels, identifie les appels urgents et traite les appels non urgents.Les opérateurs de second niveau sont spécialistes (policiers ou pompiers) et traitent les demandes d'intervention.Quand un appel est identifié au niveau 1 comme très urgent, l'opérateur reste en ligne avec l'appelant jusqu'à ce qu'un opérateur de niveau 2 réponde. De plus, l'appel est prioritaire.Une conséquence de cette procédure est que, lorsqu'aucun opérateur de niveau 2 n'est disponible, les opérateurs de niveau 1 attendent avec ces appels très urgents, et la capacité du niveau 1 diminue.Nous nous intéressons à l'évaluation de performance de divers systèmes correspondant à cette description générale, dans des situations de saturation.Nous proposons trois modèles différents pour traiter ce type de systèmes.Les deux premiers sont des modèles de réseaux de Petri temporisés.Nous enrichissons les classiques réseaux de Petri à choix libres en autorisant des situations de conflit où le routage est résolu par des priorités.La principale difficulté est alors que l'opérateur de la dynamique n'est plus monotone.Dans un premier modèle, nous proposons une dynamique discrète pour cette classe de réseaux de Petri, avec des temps de séjour constants sur les places.Nous prouvons que les variables compteurs d'une exécution du réseau sont les solutions d'un système affine par morceaux, avec retards.Nous étudions les régimes stationnaires de cette dynamique, et caractérisons les régimes affines comme solutoins d'un système affine par morceaux, qui peut être vu comme un système sur le semi-corps de germes tropical (min plus).Les applications numériques montrent cependant que la convergence ne se fait pas toujours vers ces régimes stationnaires affines.Le second modèle est une transformation continue du précédent. Pour la même classe de réseaux de Petri, nous proposons une dynamique sous forme d'équations différentielles discontinues.Nous établissons l'existence et l'unicité de la solution.L'objectif de cette modélisation est d'obtenir un système plus simple dans lequel les pathologies du temps discret disparaissent. Nous montrons que les régimes stationaires sont les mêmes que ceux de la dynamique discrète. Les simulations numériques semblent montrer que la convergence s'obtient effectivement dans ce cas.Nous modélisons aussi le centre d'appels d'urgence comme un réseau de files d'attente, prenant ainsi en compte le caractère aléatoire des différentes variables du centre d'appel.Pour ce système, nous prouvons que la dynamique, après une transformation d'échelle, converge vers une limite fluide, qui correspond au système d'équations différentielles précédent.Cela conforte notre seconde modélisation.Les principaux outils de la preuve de convergence sont le calcul stochastique pour les processus de Poisson, les formulations de Skorokhod généralisées, ou encore des arguments de couplage.Ainsi, nos trois modèles d'un même centre d'appels d'urgence définissent un même comportement asymptotique schématique, décrivant différentes phases de congestion du centre.Dans une seconde partie de cette thèse, nous analysons des simulations poussées, prenant en compte les nombreux détails de notre étude de cas. Les simulations confirment le comportement schématique prédit par nos modèles mathématiques. Nous discutons aussi des interactions complexes provenant de la nature hétérogène du niveau 2.

Complex systems are omnipresent in our lives, but subject to failures that it is important to detect or predict. Discrete event system (DES) modeling is a natural way to represent and study such systems. Thus a system can be described by a set of states such that its current state is obtained after firing a sequence of events. These events are predefined in a finite set and can be fired spontaneously in the system. Not all these events are observable/measurable and some of them are considered faulty, thus they model an abnormal change between two system states.The diagnosis process in DES aims at determining with certainty if the system is currently in a faulty state or in a normal one, i.e., if an abnormal change of a system state has occurred or not. To this end, a system observer has only the sequence of observable events to decide the current status of the system state. However this state might be currently ambiguous (normal or faulty) according to the available observations. Moreover it can be permanently ambiguous! The possibility to disambiguate it using a finite number of observations is called the diagnosability of a faulty event occurrence. The fault is diagnosable if all its occurrences are diagnosable and the system is diagnosable if all its faults are diagnosable. Similarly, the possibility to predict a future occurrence of a fault using its preceding observable events is called the predictability of a faulty event occurrence. Both problems of diagnosability and predictability can be generalized to study the diagnosability or the predictability of a pattern of events, i.e., an extension-closed language represented by a finite state machine. This thesis considers in its first part the problems of checking event diagnosability, event predictability and pattern diagnosability in centralized and distributed (with observable or unobservable synchronous communication events) discrete event systems, using SAT solvers. Thus we have encoded them as SAT problems, studied incremental SAT variants and provided experimental results that prove the scalability and flexibility of this approach. In the second part, we have introduced the diagnosability planning problem. This problem consists in finding a plan of actions (intentional/designful predefined events) that ensures, when applied on a set of potential current system states called a current belief state, to drive the system in a diagnosable belief state from which it can be left to run freely (without control actions). This problem can arise after an external intervention on the system, like the application of a repair plan after a fault detection.Thus this approach can ensure the possibility to detect the system further faults. We analyzed this problem, proved its PSpace-completeness and proposed three methods to find the intended plan that we compared on a benchmark created for this purpose.; Les systèmes complexes sont omniprésents dans nos vies, mais sujet à des pannes qu’il est important de détecter ou de prédire. Leur modélisation comme des systèmes à événements discrets (SED) est un moyen naturel de les représenter pour les étudier. Ainsi, un système peut être décrit par un ensemble d'états tels que son état actuel est obtenu après avoir déclenché une séquence d'événements. Ces événements sont prédéfinis dans un ensemble fini et peuvent être déclenchés spontanément dans le système. Tous ces événements ne sont pas observables / mesurables et certains d'entre eux sont considérés comme fautifs, donc ils modélisent un changement anormal entre deux états du système.Le processus de diagnostic de SED a pour but de déterminer avec certitude si le système est actuellement dans un état défectueux ou dans un état normal, c'est-à-dire si un changement anormal d'un état du système s'est produit ou non. À cette fin, un observateur de système ne dispose que de la séquence d'événements observables pour décider le diagnostic de l'état actuel du système. Cependant, cet état peut être ambigu (normal ou défectueux) en fonction des observations disponibles. En outre, il peut être définitivement ambigu ! La possibilité de le désambiguïser en utilisant un nombre fini d'observations est appelée la diagnosticabilité d'une occurrence d'événement fautif. La faute est diagnosticable si toutes ses occurrences le sont et le système est diagnosticable si toutes ses fautes le sont. De même, la possibilité de prédire une occurrence future d'une faute en utilisant les événements observables la précédant est appelée la prédictabilité d'un événement fautif. Les deux problèmes de la diagnosticabilité et de la prédictabilité d'un événement peuvent être généralisés pour étudier celles d'un motif d’événements, soit un langage clos par extension représenté par une machine à états finis.Cette thèse considère dans sa première partie les problèmes de vérification de la diagnosticabilité et de la prédictabilité d'un événements fautif et de la diagnosticabilité d'un motif d'événements dans les systèmes à événements discrets centralisés et distribués (avec des événements de communication synchrone observables ou non), à l'aide de solveurs SAT. Ainsi, nous les avons encodés comme des problèmes SAT, avons étudié des variantes incrémentales et fourni des résultats expérimentaux qui prouvent le passage à l’échelle et la flexibilité de cette approche. Dans la deuxième partie, nous avons introduit le problème de la planification de la diagnosticabilité. Ce problème consiste à trouver un plan d'actions (une séquence d'événements intentionnels prédéfinis à la conception) qui garantit, lorsqu'il est appliqué à un ensemble donné d'états potentiels du système actuel appelé état courant de croyances, de conduire le système dans un état de croyances diagnosticable d’où on peut le laisser s'exécuter librement (sans les actions de contrôle). Ce problème peut survenir après une intervention externe sur le système, comme par exemple l'application d'un plan de réparation après la détection d'une faute. Ainsi, cette approche peut garantir la possibilité de détecter d'autres futures fautes du système. Nous avons analysé ce problème et prouvé qu’il est PSpace-complet puis nous avons proposé trois méthodes pour engendrer un plan diagnosticable, que nous avons comparées sur un banc d’essais créé à cette fin.

Complex systems are omnipresent in our lives, but subject to failures that it is important to detect or predict. Discrete event system (DES) modeling is a natural way to represent and study such systems. Thus a system can be described by a set of states such that its current state is obtained after firing a sequence of events. These events are predefined in a finite set and can be fired spontaneously in the system. Not all these events are observable (measurable) and some of them are considered faulty, thus they model an abnormal change between two system states. The diagnosis process in DES aims at determining with certainty if the system is currently in a faulty state or in a normal one, i.e., if an abnormal change of a system state has occurred or not. To this end, a system observer has only the sequence of observable events to decide the current status of the system state. However this state might be currently ambiguous (normal or faulty) according to the available observations. Moreover it can be permanently ambiguous! The possibility to disambiguate it using a finite number of observations is called the diagnosability of a faulty event occurrence. The fault is diagnosable if all its occurrences are diagnosable and the system is diagnosable if all its faults are diagnosable. Similarly, the possibility to predict a future occurrence of a fault using its preceding observable events is called the predictability of a faulty event occurrence. Both problems of diagnosability and predictability can be generalized to study the diagnosability or the predictability of a pattern of events, i.e., an extension-closed language represented by a finite state machine.This thesis considers in its first part the problems of checking event diagnosability, event predictability and pattern diagnosability in centralized and distributed (with observable or unobservable synchronous communication events) discrete event systems, using SAT solvers. Thus we have encoded them as SAT problems, studied incremental SAT variants and provided experimental results that prove the scalability and flexibility of this approach. In the second part, we have introduced the diagnosability planning problem. This problem consists in finding a plan of actions (intentional/designful predefined events) that ensures, when applied on a set of potential current system states (called a current belief state), to drive the system in a diagnosable belief state from which it can be left to run freely (without control actions). This problem can arise after an external intervention on the system, like the application of a repair plan after a fault detection.Thus this approach can ensure the possibility to detect the system further faults. We analyzed this problem, proved its PSpace-completeness and proposed three methods to find the intended plan that we compared on a benchmark created for this purpose.; Les systèmes complexes sont omniprésents dans nos vies, mais sujet à des pannes qu’il est important de détecter ou de prédire. Leur modélisation comme des systèmes à événements discrets (SED) est un moyen naturel de les représenter pour les étudier. Ainsi, un système peut être décrit par un ensemble d'états tels que son état actuel est obtenu après avoir déclenché une séquence d'événements. Ces événements sont prédéfinis dans un ensemble fini et peuvent être déclenchés spontanément dans le système. Tous ces événements ne sont pas observables / mesurables et certains d'entre eux sont considérés comme fautifs, donc ils modélisent un changement anormal entre deux états du système. Le processus de diagnostic de SED a pour but de déterminer avec certitude si le système est actuellement dans un état défectueux ou dans un état normal, c'est-à-dire si un changement anormal d'un état du système s'est produit ou non. À cette fin, un observateur de système ne dispose que de la séquence d'événements observables pour décider le diagnostic de l'état actuel du système. Cependant, cet état peut être ambigu (normal ou défectueux) en fonction des observations disponibles. En outre, il peut être définitivement ambigu ! La possibilité de le désambiguïser en utilisant un nombre fini d'observations est appelée la diagnosticabilité d'une occurrence d'événement fautif. La faute est diagnosticable si toutes ses occurrences le sont et le système est diagnosticable si toutes ses fautes le sont. De même, la possibilité de prédire une occurrence future d'une faute en utilisant les événements observables la précédant est appelée la prédictabilité d'un événement fautif. Les deux problèmes de la diagnosticabilité et de la prédictabilité d'un événement peuvent être généralisés pour étudier celles d'un motif d’événements, soit un langage clos par extension représenté par une machine à états finis. Cette thèse considère dans sa première partie les problèmes de vérification de la diagnosticabilité et de la prédictabilité d'un événement fautif et de la diagnosticabilité d'un motif d'événements dans les systèmes à événements discrets centralisés et distribués (avec des événements de communication synchrone observables ou non), à l'aide de solveurs SAT. Ainsi, nous les avons encodés comme des problèmes SAT, avons étudié des variantes incrémentales et fourni des résultats expérimentaux qui prouvent le passage à l’échelle et la flexibilité de cette approche. Dans la deuxième partie, nous avons introduit le problème de la planification de la diagnosticabilité. Ce problème consiste à trouver un plan d'actions (une séquence d'événements intentionnels prédéfinis à la conception) qui garantit, lorsqu'il est appliqué à un ensemble donné d'états potentiels du système actuel appelé état courant de croyances, de conduire le système dans un état de croyances diagnosticable d’où on peut le laisser s'exécuter librement (sans les actions de contrôle). Ce problème peut survenir après une intervention externe sur le système, comme par exemple l'application d'un plan de réparation après la détection d'une faute. Ainsi, cette approche peut garantir la possibilité de détecter d'autres futures fautes du système. Nous avons analysé ce problème et prouvé qu’il est PSpace-complet puis nous avons proposé trois méthodes pour engendrer un plan diagnosticable, que nous avons comparées sur un banc d’essais créé à cette fin.

This PhD thesis deals with fault diagnosis of discrete-event systems modeled as finite state automata with some extensions to bounded Petri net models. The developed contributions can be classified regarding two pioneering approaches from the literature: the diagnoser-based technique and the twin-plant based technique. Regarding the diagnoser-based technique, we propose a new diagnoser variant with some interesting features that allow us to reformulate a necessary and sufficient condition for diagnosability of permanent faults and propose a systematic procedure for checking such a condition without building any intermediate model. An on-the-fly algorithm, for simultaneously constructing the diagnoser and verifying diagnosability is then developed. The established diagnoser is then extended to deal with fault diagnosis of intermittent faults. A Hybrid version (in the sense of combining enumerative and symbolic representations) of our diagnoser is also established in order to deal with fault diagnosis of labeled bounded Petri nets. The developed approaches are implemented in dedicated tools and evaluated through benchmarks with respect to the reference approaches in the domain.Regarding twin-plant based technique, our contribution consists in elaborating a model-checking framework that extends the Cimatti's work for the actual verification of various diagnosability concepts pertaining to permanent and intermittent failures based on the twin-plant structure. The main idea is to reformulate and express the diagnosability issues as temporal logics and then to tackle them using the model-checking engines.; L'objet de cette thèse porte sur le diagnostic des systèmes à évènements discrets modélisés par des automates à états finis, avec une extension vers les réseaux de Petri bornés et étiquetés. Les différentes contributions de ce travail peuvent être présentées selon deux volets, au regard des approches pionnières existantes dans la littérature: le diagnostic à base de diagnostiqueur, et le diagnostic à base de twin-plant. Sur le premier volet, i.e., le diagnostic à base de diagnostiqueur, nous proposons une variante du diagnostiqueur avec une nouvelle structure qui nous permet de: (i) formuler une nouvelle condition nécessaire et suffisante pour l'analyse de la diagnosticabilité des fautes permanentes, (ii) développer une procédure systématique pour l'analyse de la diagnosticabilité (iii) établir un algorithme à-la-volée pour construire le diagnostiqueur et analyser la diagnosticabilité en parallèle. Une extension de notre diagnostiqueur pour traiter des fautes intermittentes. Une version hybride de notre diagnostiqueur, pour analyser la diagnosticabilité des réseaux de Petri bornés et étiquetés. Sur le deuxième volet, i.e., le diagnostic à base de twin-plant, nous proposons de nouvelles techniques pour l'analyse de diagnosticabilité de fautes permanentes et intermittentes dans le cadre de vérification par model-checking. Ainsi, la performance des techniques de model-checking et des outils associés peut être exploitée pour traiter des questions de diagnostic.

This PhD thesis deals with fault diagnosis of discrete-event systems modeled as finite state automata with some extensions to bounded Petri net models. The developed contributions can be classified regarding two pioneering approaches from the literature: the diagnoser-based technique and the twin-plant based technique. Regarding the diagnoser-based technique, we propose a new diagnoser variant with some interesting features that allow us to reformulate a necessary and sufficient condition for diagnosability of permanent faults and propose a systematic procedure for checking such a condition without building any intermediate model. An on-the-fly algorithm, for simultaneously constructing the diagnoser and verifying diagnosability is then developed. The established diagnoser is then extended to deal with fault diagnosis of intermittent faults. A Hybrid version (in the sense of combining enumerative and symbolic representations) of our diagnoser is also established in order to deal with fault diagnosis of labeled bounded Petri nets. The developed approaches are implemented in dedicated tools and evaluated through benchmarks with respect to the reference approaches in the domain.Regarding twin-plant based technique, our contribution consists in elaborating a model-checking framework that extends the Cimatti's work for the actual verification of various diagnosability concepts pertaining to permanent and intermittent failures based on the twin-plant structure. The main idea is to reformulate and express the diagnosability issues as temporal logics and then to tackle them using the model-checking engines., L'objet de cette thèse porte sur le diagnostic des systèmes à évènements discrets modélisés par des automates à états finis, avec une extension vers les réseaux de Petri bornés et étiquetés. Les différentes contributions de ce travail peuvent être présentées selon deux volets, au regard des approches pionnières existantes dans la littérature: le diagnostic à base de diagnostiqueur, et le diagnostic à base de twin-plant. Sur le premier volet, i.e., le diagnostic à base de diagnostiqueur, nous proposons une variante du diagnostiqueur avec une nouvelle structure qui nous permet de: (i) formuler une nouvelle condition nécessaire et suffisante pour l'analyse de la diagnosticabilité des fautes permanentes, (ii) développer une procédure systématique pour l'analyse de la diagnosticabilité (iii) établir un algorithme à-la-volée pour construire le diagnostiqueur et analyser la diagnosticabilité en parallèle. Une extension de notre diagnostiqueur pour traiter des fautes intermittentes. Une version hybride de notre diagnostiqueur, pour analyser la diagnosticabilité des réseaux de Petri bornés et étiquetés. Sur le deuxième volet, i.e., le diagnostic à base de twin-plant, nous proposons de nouvelles techniques pour l'analyse de diagnosticabilité de fautes permanentes et intermittentes dans le cadre de vérification par model-checking. Ainsi, la performance des techniques de model-checking et des outils associés peut être exploitée pour traiter des questions de diagnostic.

International audience; This paper presents a random generator of discrete event systems that are by construction k-diagnosable. The aim of this generator is to provide an almost infinite set of diagnosable systems for creating benchmarks. The goal of such benchmarks is to provide a solid set of examples to test and compare algorithms that solve many problems around diagnosable discrete event systems.

The uncertain contexts in which recent WSN embedded applications evolve have bigimpact on these applications. Traditionally, the objective of availability generally doubleshardware and functional redundancy; it means that the overhead is doubled in term ofenergy and cost. Besides, wireless node system is powered by limited battery; hencepower consumption parameter is only set to a number of components and functionalitiesat minimum resources. However, due to the technology reduction, process variabilityconducts to increase the possibility of failures. In order to guarantee an acceptablequality of service for the users, and on the operating lifetime of the system, it should carrystudies at the upper phases involving both dependability and consumption constraints.This thesis aims to propose novel design for wireless sensor networks, in order to reduceenergy consumption and to increase network dependability., Le contexte incertain dans lequel évoluent les applications embarquées influencefortement ces dernières. L'objectif de disponibilité induit généralement une forteredondance matérielle et fonctionnelle. A l'inverse, le paramètre de consommation prôneun nombre et un fonctionnement à minima des ressources. Avec la réduction de latechnologie, la variabilité des procédés de fabrication induit la possibilité accrue dedéfaillances. De façon à garantir une qualité de service acceptable par l'utilisateur, et cesur la totalité de la durée de vie du circuit, il convient de mener des études associant dèsles phases amont les deux paramètres sûreté de fonctionnement et consommation. Cettethèse a pour objectif de proposer une nouvelle conception pour les réseaux de capteurssans fil, afin de réduire consommation d'énergie et d'augmenter la fiabilité du réseau.

In den meisten Industrieländern ist die Lebenserwartung in den letzten Jahrzehnten fortlaufend gestiegen und wird höchstwahrscheinlich noch weiter steigen. Dieser Anstieg führt zu neuen Herausforderungen hinsichtlich der Autonomie und Unabhängigkeit von älteren Menschen. Die Entwicklung von intelligenten Wohnungen ist ein Weg diesen Herausforderungen zu begegnen und es den Menschen zu ermöglichen länger in einer sicheren und komfortablen Umgebung zu leben. Dazu stattet man solcheWohnungen mit Sensoren, Aktoren sowie einem Controller aus. Dies erm öglicht es, in Abhängigkeit vom Verhalten der Bewohner, dieWohnumgebung so zu beein_ussen, dass sich Sicherheit, Gesundheit und Komfort verbessern. Ansätze, die dies zum Ziel haben, basieren meistens auf Methoden, die es ermöglichen Menschen innerhalb ihrer Wohnung in Echtzeit zu lokalisieren. In dieser Dissertation wird daher ein neuer Ansatz für eine modellbasierte Lokalisierung einer a priori unbekannten Anzahl von Bewohnern vorgestellt. Dieser Ansatz fuÿt auf der Theorie, den Paradigmen und den Werkzeugen aus dem Gebiet der ereignisdiskreten Systeme. Es werden endliche Automaten eingesetzt, um die von den Sensoren erfassbaren Bewohnerbewegungen zu modellieren. Verschiedene Verfahren zur Erzeugung solcher Automaten werden gezeigt. Basierend auf diesen Modellen warden Algorithmen de_niert, mittels derer die Bewohner wirksam lokalisiert werden können. Abschlieÿend werden Methoden vorgeschlagen, die dazu dienen die Relevanz der Sensorinstrumentierung für die Lokalisierung zu bewerten. Die entwickelten Verfahren werden in der Dissertation durchgehend anhand von Fallbeispielen erläutert. Der gesamte Ansatz wurde implementiert und erprobt., Life expectancy has continuously increased in most countries over the last decades and will probably continue to increase in the future. This leads to new challenges relative to the autonomy and the independence of elderly. The development of Smart Homes is a direction to face these challenges and to enable people to live longer in a safe and comfortable environment. Making a home smart consists in placing sensors, actuators and a controller in the house in order to take into account the behavior of their inhabitants and to act on their environment to improve their safety, health and comfort. Most of these approaches are based on the real-time indoor Location Tracking of the inhabitants. In this thesis, a whole new approach for model-based Location Tracking of an a priori unknown number of inhabitants is proposed. This approach is based on Discrete Event Systems paradigms, theory and tools. The usage of Finite Automata (FA) to model the detectable motion of the inhabitants as well as different methods to create such FA models have been developed. Based on these models, algorithms to perform efficient Location Tracking are defined. Finally, several approaches aiming at evaluating the relevance of the instrumentation of a Smart Home with the objective of Location Tracking are proposed. The approach has also been fully implemented and tested. Throughout the thesis, the different contributions are illustrated on case studies., L'espérance de vie a augmenté dans les dernières décennies et devrait continuer à croître dans les prochaines années. Cette augmentation entraîne de nouveaux défis concernant l'autonomie et l'indépendance des personnes âgées. Le développement d'habitats intelligents est une piste pour répondre à ces défis et permettre aux personnes de vivre plus longtemps dans un environnement sûr et confortable. Rendre un habitat intelligent consiste à y installer des capteurs, des actionneurs et un contrôleur afin de pouvoir prendre en compte le comportement de ses habitants et agir sur leur environnement, pour améliorer leur sécurité, leur santé et leur confort. La plupart de ces approches s'appuient sur la localisation en temps réel des habitants dans leur habitat. Dans cette thèse, une nouvelle approche complète permettant la localisation d'un nombre a priori inconnu d'habitants basée sur le modèle est proposée. Cette approche tire parti des paradigmes, de la théorie et des outils des Systèmes à Événements Discrets. L'utilisation des automates à états finis pour modéliser le mouvement détectable des habitants ainsi que des méthodes permettant de construire ces modèles ont été développées. A partir de ces modèles automates finis, plusieurs algorithmes permettant de localiser de manière efficace les habitants ont été définis. Enfin, plusieurs approches pour l'évaluation des performances de l'instrumentation d'un habitat intelligent pour un objectif de localisation ont été proposées. La méthode a également été totalement implémentée et mise à l'épreuve. Tout au long de cette thèse, les différentes contributions sont illustrées à l'aide de cas d'étude.

In den meisten Industrieländern ist die Lebenserwartung in den letzten Jahrzehnten fortlaufend gestiegen und wird höchstwahrscheinlich noch weiter steigen. Dieser Anstieg führt zu neuen Herausforderungen hinsichtlich der Autonomie und Unabhängigkeit von älteren Menschen. Die Entwicklung von intelligenten Wohnungen ist ein Weg diesen Herausforderungen zu begegnen und es den Menschen zu ermöglichen länger in einer sicheren und komfortablen Umgebung zu leben. Dazu stattet man solcheWohnungen mit Sensoren, Aktoren sowie einem Controller aus. Dies erm öglicht es, in Abhängigkeit vom Verhalten der Bewohner, dieWohnumgebung so zu beein_ussen, dass sich Sicherheit, Gesundheit und Komfort verbessern. Ansätze, die dies zum Ziel haben, basieren meistens auf Methoden, die es ermöglichen Menschen innerhalb ihrer Wohnung in Echtzeit zu lokalisieren. In dieser Dissertation wird daher ein neuer Ansatz für eine modellbasierte Lokalisierung einer a priori unbekannten Anzahl von Bewohnern vorgestellt. Dieser Ansatz fuÿt auf der Theorie, den Paradigmen und den Werkzeugen aus dem Gebiet der ereignisdiskreten Systeme. Es werden endliche Automaten eingesetzt, um die von den Sensoren erfassbaren Bewohnerbewegungen zu modellieren. Verschiedene Verfahren zur Erzeugung solcher Automaten werden gezeigt. Basierend auf diesen Modellen warden Algorithmen de_niert, mittels derer die Bewohner wirksam lokalisiert werden können. Abschlieÿend werden Methoden vorgeschlagen, die dazu dienen die Relevanz der Sensorinstrumentierung für die Lokalisierung zu bewerten. Die entwickelten Verfahren werden in der Dissertation durchgehend anhand von Fallbeispielen erläutert. Der gesamte Ansatz wurde implementiert und erprobt., Life expectancy has continuously increased in most countries over the last decades and will probably continue to increase in the future. This leads to new challenges relative to the autonomy and the independence of elderly. The development of Smart Homes is a direction to face these challenges and to enable people to live longer in a safe and comfortable environment. Making a home smart consists in placing sensors, actuators and a controller in the house in order to take into account the behavior of their inhabitants and to act on their environment to improve their safety, health and comfort. Most of these approaches are based on the real-time indoor Location Tracking of the inhabitants. In this thesis, a whole new approach for model-based Location Tracking of an a priori unknown number of inhabitants is proposed. This approach is based on Discrete Event Systems paradigms, theory and tools. The usage of Finite Automata (FA) to model the detectable motion of the inhabitants as well as different methods to create such FA models have been developed. Based on these models, algorithms to perform efficient Location Tracking are defined. Finally, several approaches aiming at evaluating the relevance of the instrumentation of a Smart Home with the objective of Location Tracking are proposed. The approach has also been fully implemented and tested. Throughout the thesis, the different contributions are illustrated on case studies., L'espérance de vie a augmenté dans les dernières décennies et devrait continuer à croître dans les prochaines années. Cette augmentation entraîne de nouveaux défis concernant l'autonomie et l'indépendance des personnes âgées. Le développement d'habitats intelligents est une piste pour répondre à ces défis et permettre aux personnes de vivre plus longtemps dans un environnement sûr et confortable. Rendre un habitat intelligent consiste à y installer des capteurs, des actionneurs et un contrôleur afin de pouvoir prendre en compte le comportement de ses habitants et agir sur leur environnement, pour améliorer leur sécurité, leur santé et leur confort. La plupart de ces approches s'appuient sur la localisation en temps réel des habitants dans leur habitat. Dans cette thèse, une nouvelle approche complète permettant la localisation d'un nombre a priori inconnu d'habitants basée sur le modèle est proposée. Cette approche tire parti des paradigmes, de la théorie et des outils des Systèmes à Événements Discrets. L'utilisation des automates à états finis pour modéliser le mouvement détectable des habitants ainsi que des méthodes permettant de construire ces modèles ont été développées. A partir de ces modèles automates finis, plusieurs algorithmes permettant de localiser de manière efficace les habitants ont été définis. Enfin, plusieurs approches pour l'évaluation des performances de l'instrumentation d'un habitat intelligent pour un objectif de localisation ont été proposées. La méthode a également été totalement implémentée et mise à l'épreuve. Tout au long de cette thèse, les différentes contributions sont illustrées à l'aide de cas d'étude.

International audience; Cet article traite de la synthèse d'un observateur d'état pour des systèmes temps réels modélisés à l'aide des réseaux de Petri p-temporels. La méthode développée permet d'estimer le marquage d'un réseau de Petri p-temporel en présence d'informations partielles sur le système. En effet, les transitions du modèle sont partitionnées en transitions observables (dont le tir peut être détecté par un agent externe) et en transitions non observables. L'approche ne nécessite pas la prise en compte d'hypothèse restrictive sur la structure du réseau étudié. De plus, bien que le temps soit pris en compte le problème d'explosion combinatoire de l'espace des états est évité - la construction du graphe des classes d'état n'étant pas nécessaire car la méthode s'appuie sur le réseau autonome sous-jacent au modèle p-temporel considéré.

Automated planning is a field of artificial intelligence that aims at proposing methods to chose and order sets of actions with the objective of reaching a given goal. A sequence of actions solving a planning problem is usually called a plan. In many cases, one does not only have to find a plan but an optimal one. This notion of optimality can be defined by assigning costs to actions. An optimal plan is then a plan minimizing the sum of the costs of its actions. Planning problems are standardly solved using algorithms such as A* that search for minimum cost paths in graphs. In this thesis we focus on a particular approach to planning called factored planning or modular planning. The idea is to consider a decomposition of a planning problem into almost independent sub-problems (or components). One then searches for plans into each component and try to assemble these local plans into a global plan for the original planning problem. The main interest of this approach is that, for some classes of planning problems, the components considered can be planning problems much simpler to solve than the original one. First, we present a study of the use of some message passing algorithms for factored planning. In this case the components of a problem are represented by weighted automata. This allows to handle all plans of a sub-problems, and permits to perform factored cost-optimal planning. Achieving cost-optimality of plans was not possible with previous factored planning methods. This approach is then extended by using approximate resolution techniques ("turbo" algorithms) and by proposing another representation of components for handling actions which read-only in some components. Then we describe another approach to factored planning: a distributed version of the famous A* algorithm. Each component is managed by an agent which is responsible for finding a local plan in it. For that, she uses information about her own component, but also information about the rest of the problem, transmitted by the other agents. The main difference between this approach and the previous one is that it is not only modular but also distributed.; La planification est un domaine de l'intelligence artificielle qui a pour but de proposer des méthodes permettant d'automatiser la recherche et l'ordonnancement d'ensembles d'actions afin d'atteindre un objectif donné. Un ensemble ordonné d'actions solution d'un problème de planification est appelé un plan. Parfois, les actions disponibles peuvent avoir un coût - on souhaite alors trouver des plans minimisant la somme des coûts des actions les constituant. Ceci correspond en fait à la recherche d'un chemin de coût minimal dans un graphe, et est donc traditionnellement résolu en utilisant des algorithmes tels que A*. Dans cette thèse, nous nous intéressons à une approche particulière de la planification, dite factorisée ou modulaire. Il s'agit de décomposer un problème en plusieurs sous-problèmes (généralement appelés composants) le plus indépendants possibles, et d'assembler des plans pour ces sous-problèmes en un plan pour le problème d'origine. L'intérêt de cette approche est que, pour certaines classes de problèmes de planification, les composants peuvent être bien plus simples à résoudre que le problème initial. Dans un premier temps, nous présentons une méthode de planification factorisée basée sur l'utilisation d'algorithmes dits à passage de messages. Une représentation des composants sous forme d'automates à poids nous permet de capturer l'ensemble des plans d'un sous-problème, et donc de trouver des plans de coût minimal, ce que ne permettaient pas les approches précédentes de la planification factorisée. Cette première méthode est ensuite étendue~: en utilisant des algorithmes dits « turbos », permettant une résolution approchée des problèmes considérés, puis en proposant une représentation différente des sous-problèmes, afin de prendre en compte le fait que certaines actions ne font que lire dans un composant. Ensuite, nous proposons une autre approche de la planification factorisée, basée sur une version distribuée de l'algorithme A*. Dans chaque composant, un agent réalise la recherche d'un plan local en utilisant sa connaissance du sous-problème qu'il traite, ainsi que des informations transmises par les autres agents. La principale différence entre cette méthode et la précédente est qu'il s'agit d'une approche distribuée de la planification modulaire.

Automated planning is a field of artificial intelligence that aims at proposing methods to chose and order sets of actions with the objective of reaching a given goal. A sequence of actions solving a planning problem is usually called a plan. In many cases, one does not only have to find a plan but an optimal one. This notion of optimality can be defined by assigning costs to actions. An optimal plan is then a plan minimizing the sum of the costs of its actions. Planning problems are standardly solved using algorithms such as A* that search for minimum cost paths in graphs. In this thesis we focus on a particular approach to planning called factored planning or modular planning. The idea is to consider a decomposition of a planning problem into almost independent sub-problems (or components). One then searches for plans into each component and try to assemble these local plans into a global plan for the original planning problem. The main interest of this approach is that, for some classes of planning problems, the components considered can be planning problems much simpler to solve than the original one. First, we present a study of the use of some message passing algorithms for factored planning. In this case the components of a problem are represented by weighted automata. This allows to handle all plans of a sub-problems, and permits to perform factored cost-optimal planning. Achieving cost-optimality of plans was not possible with previous factored planning methods. This approach is then extended by using approximate resolution techniques ("turbo" algorithms) and by proposing another representation of components for handling actions which read-only in some components. Then we describe another approach to factored planning: a distributed version of the famous A* algorithm. Each component is managed by an agent which is responsible for finding a local plan in it. For that, she uses information about her own component, but also information about the rest of the problem, transmitted by the other agents. The main difference between this approach and the previous one is that it is not only modular but also distributed., La planification est un domaine de l'intelligence artificielle qui a pour but de proposer des méthodes permettant d'automatiser la recherche et l'ordonnancement d'ensembles d'actions afin d'atteindre un objectif donné. Un ensemble ordonné d'actions solution d'un problème de planification est appelé un plan. Parfois, les actions disponibles peuvent avoir un coût - on souhaite alors trouver des plans minimisant la somme des coûts des actions les constituant. Ceci correspond en fait à la recherche d'un chemin de coût minimal dans un graphe, et est donc traditionnellement résolu en utilisant des algorithmes tels que A*. Dans cette thèse, nous nous intéressons à une approche particulière de la planification, dite factorisée ou modulaire. Il s'agit de décomposer un problème en plusieurs sous-problèmes (généralement appelés composants) le plus indépendants possibles, et d'assembler des plans pour ces sous-problèmes en un plan pour le problème d'origine. L'intérêt de cette approche est que, pour certaines classes de problèmes de planification, les composants peuvent être bien plus simples à résoudre que le problème initial. Dans un premier temps, nous présentons une méthode de planification factorisée basée sur l'utilisation d'algorithmes dits à passage de messages. Une représentation des composants sous forme d'automates à poids nous permet de capturer l'ensemble des plans d'un sous-problème, et donc de trouver des plans de coût minimal, ce que ne permettaient pas les approches précédentes de la planification factorisée. Cette première méthode est ensuite étendue~: en utilisant des algorithmes dits « turbos », permettant une résolution approchée des problèmes considérés, puis en proposant une représentation différente des sous-problèmes, afin de prendre en compte le fait que certaines actions ne font que lire dans un composant. Ensuite, nous proposons une autre approche de la planification factorisée, basée sur une version distribuée de l'algorithme A*. Dans chaque composant, un agent réalise la recherche d'un plan local en utilisant sa connaissance du sous-problème qu'il traite, ainsi que des informations transmises par les autres agents. La principale différence entre cette méthode et la précédente est qu'il s'agit d'une approche distribuée de la planification modulaire.

The competitiveness of manufacturing companies strongly depends on the productivity of machinesand production processes. To guarantee a high level of productivity, downtimes occurring due to faults have tobe kept as short as possible. This necessitates efficient fault detection and isolation (FDI) methods. In this work,a model-based FDI method for the widely used class of industrial closed-loop Discrete Event Systems isproposed. The considered systems consist of the closed-loop of plant and controller. Based on the comparison ofobserved and modeled system behavior, it is possible to detect and to isolate faults. Unlike most known methodsfor FDI in Discrete Event Systems, this work proposes working with a model of the fault-free behavior ratherthan working fault models. Inspired by the concept of residuals known from FDI in continuous systems, a newapproach for fault isolation based on fault-free Discrete Event System models is developed. The key of anymodel-based diagnosis method is to have an accurate model of the considered system. Since manual modelbuildingcan be very difficult for large industrial systems, an identification approach for this class of systems isintroduced. Based on an already existing monolithic identification algorithm, a distributed adaptation isdeveloped which allows treating large, concurrent systems. The key of the proposed approach is an automaticdecomposition of a given closed-loop Discrete Event System using an optimization approach which analyzesobserved system behavior. The methods developed in this thesis are applied to a mid-sized laboratory system andto an industrial winder to show their scalability., La compétitivité des entreprises manufacturières dépend fortement de la productivité des machines etdes moyens de production. Pour garantir un haut niveau de productivité il est indispensable de minimiser lestemps d'arrêt dus aux fautes ou dysfonctionnements. Cela nécessite des méthodes efficaces pour détecter et isolerles fautes apparues dans un système (FDI). Dans cette thèse, une méthode FDI à base de modèles est proposée.La méthode est conçue pour la classe des systèmes à événements discrets industriels composés d’une bouclefermée du contrôleur et du processus. En comparant les comportements observés et attendus par le modèle, il estpossible de détecter et d’isoler des fautes. A la différence de la plupart des approches FDI des systèmes àévénements discrets, une méthode basée sur des modèles du comportement normal au lieu de modèles descomportements fautifs est proposée. Inspiré par le concept des résidus bien connu pour le diagnostic dessystèmes continus, une nouvelle approche pour l’isolation des fautes dans les systèmes à événements discrets aété développée. La clé pour l’application des méthodes FDI basées sur des modèles est d’avoir un modèle justedu système considéré. Comme une modélisation manuelle peut être très laborieuse et coûteuse pour dessystèmes à l’échelle industrielle, une approche d’identification pour les systèmes à événements discrets enboucle fermée est développée. Basée sur un algorithme connu pour l’identification des modèles monolithiques,une adaptation distribuée est proposée. Elle permet de traiter de grands systèmes comportant un haut degré deparallélisme. La base de cette approche est une décomposition du système en sous systèmes. Cettedécomposition est automatisée en utilisant un algorithme d’optimisation analysant le comportement observé dusystème. Les méthodes conçues dans cette thèse ont été mises en oeuvre sur une étude de cas et sur uneapplication d’échelle industrielle.

National audience; Les Réseaux de Petri constituent un formalisme puissant et reconnu pour la spécification et la vérification de systèmes concurrents, tels que les systèmes séquentiels et les systèmes de production manufacturière. Afin de prendre en compte de manière efficace le facteur temps, de nombreux modèles ont vu le jour, chacun étant dédié à un domaine particulier d'application. Dans cet article une nouvelle méthode de synthèse de commande pour les réseaux de Petri p-temporels est développée. Elle est basée sur la notion d'instants de tir et consiste à déterminer un système d'inégalités linéaires, obtenu pour une possible évolution du réseau autonome sous-jacent au réseau temporel considéré. Ce système peut alors être utilisé pour évaluer les performances d'un fonctionnement spécifique, vérifier l'accessibilité de marquages particuliers mais aussi pour synthétiser une commande répondant à des spécifications désirées. De plus, l'approche n'est pas restreinte à des sousclasses de réseaux ou à des réseaux saufs (ou T-saufs).

Dans cet article, nous présentons une méthode de synthèse de commande pour les systèmes à événements discrets dont le comportement dépend des valeurs explicites de temps. Notre but est de fixer les dates d'occurrence des événements contrôlables de sorte que le fonctionnement du système respecte des spécifications données. Le système à commander est modélisé par un réseau de Petri temporisé. Dans des travaux précédents nous avons proposé une méthode systématique pour construire l'automate temporisé qui modélise le comportement exact d'un réseau de Petri temporisé. En outre, les comportements interdits du système sont modélisés par des sommets interdits de l'automate. Cet article présente une méthode de synthèse de commande, qui consiste à calculer de nouvelles conditions de gardes pour les transitions temporisés de l'automate d telle sorte que les sommets interdits ne soient jamais accessibles.; International audience; In this paper, we introduce a control synthesis method for discrete event systems whose behavior is dependent on explicit values of time. Our goal is to control the occurrence dates of the controllable events so that the functioning of the system respects given specifications. The system to be controlled is modeled by a time Petri net. In a previous work we proposed a systematic method to build the timed automaton which models the exact behavior of a time Petri net. Furthermore, the forbidden behaviors of the system are modeled by forbidden timed automaton locations. This paper focuses on the control synthesis method, which consists in computing new firing conditions for the timed automaton transitions so that the forbidden locations are no longer reachable.

Colloque avec actes et comité de lecture. internationale.; International audience; We propose an event-driven framework dedicated to the design and the simulation of networks of spiking neurons. It consists of an abstract model of spiking neurons and an efficient event-driven simulation engine so as to achieve good performance in the simulation phase while maintaining a high level of flexibility and programmability in the modelling phase. Our model of neurons encompasses a large class of spiking neurons ranging from usual leaky integrate-and-fire neurons to more abstract neurons, e.g. defined as complex finite state machines. As a result, the proposed framework allows the simulation of large networks that can be composed of unique or different types of neurons.

Colloque avec actes et comité de lecture. internationale.; International audience; This paper presents a formal treatment of Petri net controller design problems. Two supervisory control problems of plant Petri net models, forbidden state and forbidden state-transition problems, are defined. The theory of regions is used to provide algebraic characterizations of pure and impure control places for both problems. Thanks to Farkas-Minkowski's lemma, the algebraic characterizations lead to nice geometric characterization for the existence of control places for the two supervisory problems.

Colloque avec actes et comité de lecture. internationale.; International audience; In a previous work, we applied the theory of regions to design optimal Petri net controller by adding so-called control places to the plant Petri net model with uncontrolable transitions and forbidden states. Unfortunately, such a simple control-place-based solution does not always exist. In the present paper, we propose a new approach for designing optimal controller for ordinary bounded Petri nets using control places. The key idea consists in transforming the plant Petri net model, for which a control-place-based solution was not found, into a safe Petri net. Then, exploiting the result stating that forbidden state problems of safe Petri nets always have control-place-based solutions, the control problem of the transformed model is optimally solved using our previous result. Besides, by assigning a priority to transitions of the transformed model, the complexity is considerably reduced.

Colloque avec actes et comité de lecture. internationale.; International audience; This paper addresses the forbidden state problem of Petri nets with liveness requirement and uncontrollable transitions. The proposed approach synthesizes in two steps an optimal Petri net-based controller, whenever such a controller exists. First, the behavior of the closed loop system is computed with a Ramadge-Wonham-like approach. Then, control places, that realize the computed behavior when added to the original model, are synthesized. Necessary and sufficient condition of the existence of such places is obtained. A manufacturing application of the method shows its efficiency.