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. . . Synthèse de l’activité scientifique en vue d’obtention de l’Habilitation

. . . Synthèse de l’activité scientifique en vue d’obtention de l’Habilitation à Diriger des Recherches Contribution à la Surveillance des Systèmes de Production et Utilisant les Techniques de l’Intelligence Artificielle Daniel RACOCEANU Maître de Conférences à l’Université de Franche-Comté Chercheur au Laboratoire d’Automatique de Besançon UMR-CNRS 6596 . . . Avants Propos Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés au Laboratoire d’Automatique de Besançon, dirigé par Monsieur le Professeur Alain Bourjault. Qu’il soit ici persuadé de ma reconnaissance pour m’avoir accueilli au LAB et m’avoir permis de m’exprimer dans le cadre passionnant du métier d’enseignant-chercheur. Ma première pensée va tout naturellement vers Monsieur le Professeur Noureddine Zerhouni, responsable de l’équipe « ingénierie de maintenance et e-maintenance » du LAB, auquel je tiens à exprimer ici ma profonde gratitude pour les encouragements, la confiance et la sympathie dont il a toujours fait preuve à mon égard. Son dynamisme, son ingéniosité, sa vision scientifique et sa bienveillance ont constitué pour moi un vrai soutien, tout au long de mes travaux. Qu’il me soit également permis de remercier chaleureusement : Monsieur Pierre Borne Monsieur Denis Hammad Monsieur Daniel Noyes pour l’honneur qu’ils m’ont fait d’avoir expertisé ce travail. Mes remerciements vont également à : Monsieur Alain Bourjault Monsieur Abdellah El Moudni Monsieur Noureddine Zerhouni Qu’ils reçoivent ici toute ma gratitude pour l’intérêt qu’ils portent à ces travaux en participant au jury. Enfin, je tiens à exprimer mes remerciements à tous ceux qui ont participé aux travaux de recherche présentés dans ce document, ainsi qu’à tous mes collègues et amis du LAB et de l’UFR Sciences. . . . Table des Matières NOTATIONS ET ABREVIATIONS............................................................................ 5 PARTIE I - PARCOURS PROFESSIONNEL ........................................................... 7 CHAPITRE 1 - CURRICULUM VITAE.................................................................. 9 1.1 RENSEIGNEMENTS GENERAUX............................................................................ 9 1.1.1 Etat civil...................................................................................................... 9 1.1.2 Parcours professionnel............................................................................... 9 1.1.3 Etudes, titres, diplômes............................................................................. 10 1.1.4 Thèse ......................................................................................................... 10 1.2 PARCOURS SCIENTIFIQUE.................................................................................. 10 1.3 RESULTATS SCIENTIFIQUES MAJEURS ............................................................... 11 1.3.1 Simplification des systèmes à évènements discrets complexes ................. 11 1.3.2 Ingénierie de la maintenance et E-maintenance....................................... 12 1.4 ANIMATION DE L’AXE SURVEILLANCE PAR INTELLIGENCE ARTIFICIELLE.......... 13 1.4.1 Co-encadrement de theses ....................................................................... 14 1.4.2 Encadrement de stages DEA et Master Recherche................................... 15 1.5 ANIMATION DE LA RECHERCHE......................................................................... 17 1.5.1 Au niveau régional.................................................................................... 17 1.5.2 Au niveau national.................................................................................... 18 1.5.3 Au niveau international ............................................................................ 19 1.6 COLLABORATIONS SCIENTIFIQUES.................................................................... 20 1.7 DIVERS RECHERCHE.......................................................................................... 21 1.7.1 Participation à des jurys de thèse............................................................. 21 1.7.2 Congres internationaux ............................................................................ 21 1.7.3 Relecture d’articles................................................................................... 21 1.8 PUBLICATIONS.................................................................................................. 23 1.8.1 Revues internationales avec comité de lecture......................................... 23 1.8.2 Conférences sur invitation personnelle .................................................... 24 1.8.3 Communications a des congres internationaux avec comite de lecture et publication des actes..................................................................................................... 24 1.8.4 Communications a des congres nationaux ou a audience francophone avec comite de lecture et publication des actes............................................................ 26 1.8.5 Communications dans le cadre de groupes de travail et colloques nationaux .................................................................................................................. 27 1.8.6 Rapports de contrats de recherche ........................................................... 27 1.8.7 Rapports de recherche projet europeen.................................................... 28 1.8.8 Communications diverses ......................................................................... 29 1.9 RESUME DES ACTIVITES D’ENSEIGNEMENT....................................................... 29 1.10 EXPERIENCE EN ENTREPRISE............................................................................. 30 1.11 RESUME DES RESPONSABILITES SCIENTIFIQUES, COLLECTIVES ET ADMINISTRATIVES............................................................................................................. 31 1.12 FORMATIONS SUIVIES ....................................................................................... 31 page 2 CHAPITRE 2 - ACTIVITES D’ENSEIGNEMENT.............................................. 33 2.1 PREAMBULE ..................................................................................................... 33 2.2 RESUME DES ACTIVITES D’ENSEIGNEMENT A BELFORT .................................... 33 2.3 BILAN DES ACTIVITES D’ENSEIGNEMENT A BESANÇON .................................... 33 2.3.1 Structure de l’enseignement avant la mise en place du LMD .................. 33 2.3.2 Structure de l’enseignement après la mise en place de l’organisation LMD .................................................................................................................. 35 2.3.3 Formation continue .................................................................................. 39 2.3.4 Suivi d’apprentis, encadrement de projets et stages ................................ 39 2.3.5 Relations industrielles par l’enseignement............................................... 41 2.3.6 Autres activités et responsabilités pour l’enseignement........................... 41 PARTIE II - CONTRIBUTION SCIENTIFIQUE .................................................. 43 INTRODUCTION GENERALE ................................................................................ 45 CHAPITRE 3 - PROBLEMATIQUE SCIENTIFIQUE : SURVEILLANCE INTELLIGENTE .................................................................................................... 49 3.1 INTRODUCTION................................................................................................. 49 3.2 MAINTENANCE ET SURVEILLANCE INDUSTRIELLE DANS LE CONTEXTE DE LA PRODUCTION MODERNE : TELEMAINTENANCE, E-MAINTENANCE, MAINTENANCE ET SURVEILLANCE INTELLIGENTE .......................................................................................... 50 3.3 SURVEILLANCE INDUSTRIELLE : DEFINITIONS, ETAT DE L’ART ......................... 54 3.3.1 Introduction .............................................................................................. 54 3.3.2 Définitions des termes de base utilisés en surveillance............................ 54 3.3.3 Etat de l’art des méthodes de surveillance. Intérêt de l’utilisation des techniques de l’Intelligence artificielle ........................................................................ 57 3.4 CONCLUSION ET SYNTHESE .............................................................................. 82 CHAPITRE 4 - SURVEILLANCE DYNAMIQUE PAR RESEAUX DE NEURONES RECURRENTS.......................................................................................... 85 4.1 INTRODUCTION................................................................................................. 85 4.2 PROPRIETES FONDAMENTALES DES RESEAUX DE NEURONES ARTIFICIELS........ 87 4.2.1 Apprentissage et mémoire ........................................................................ 87 4.2.2 Sous-apprentissage, généralisation et sur-apprentissage........................ 88 4.3 UTILISATION DES RESEAUX DE NEURONES POUR LA SURVEILLANCE INDUSTRIELLE................................................................................................................... 89 4.3.1 Approximation de fonctions et prédiction par RN.................................... 89 4.3.2 Classification ou discrimination par RN.................................................. 91 4.3.3 Surveillance dynamique par RN............................................................... 92 4.4 REPRESENTATION DU TEMPS DANS LES RESEAUX DE NEURONES ...................... 94 4.4.1 Architectures Neuronales Temporelles .................................................... 94 4.4.2 Analyse comparative entre les représentations dynamique et spatiale pour la surveillance dynamique.......................................................................................... 103 4.5 UNE NOUVELLE STRUCTURE DE RESEAU DYNAMIQUE POUR LA SURVEILLANCE – LE RRFR – RESEAU RECURRENT A BASE DE FONCTIONS RADIALES (RRBF – RECURRENT RADIAL BASIS FUNCTION).............................................................................................. 105 4.5.1 Architecture du RRFR ............................................................................ 106 4.5.2 Mémoire dynamique du réseau RRFR : Architecture LRGF ................. 107 4.5.3 Analyse comparative des trois principaux types de mémoires dynamiques du réseau RRFR.......................................................................................................... 117 4.6 CONCLUSION ET SYNTHESE ............................................................................ 118 page 3 CHAPITRE 5 - EVALUATION DES PERFORMANCES, ETUDE COMPARATIVE ET EXPLOITATION INDUSTRIELLE DU RRFR.................... 121 5.1 INTRODUCTION............................................................................................... 121 5.2 EVALUATION DES PERFORMANCES DU RRFR................................................. 122 5.2.1 Reconnaissance de séquences temporelles............................................. 122 5.2.2 La prédiction temporelle pour le pronostic ............................................ 128 5.2.3 La reproduction de séquences ................................................................ 136 5.2.4 Bilan de l’évaluation des performances du RRFR.................................. 138 5.3 ETUDE COMPARATIVE DU RRBF PAR RAPPORT AUX STRUCTURES DE RESEAUX DE NEURONES TEMPORELS LES PLUS SIGNIFICATIFS, DANS L’OPTIQUE DE L’UTILISATION EN SURVEILLANCE DYNAMIQUE............................................................................................ 138 5.3.1 Choix des structures neuronales temporelles etudiées........................... 139 5.3.2 Etude comparative dans le domaine du pronostic.................................. 141 5.3.3 Etude comparative dans le domaine de la surveillance dynamique....... 143 5.3.4 Bilan de l’étude comparative des différentes structures neuronales temporelles ................................................................................................................ 145 5.4 EXPLOITATION INDUSTRIELLE DE LA SOLUTION DE SURVEILLANCE DYNAMIQUE PAR RRFR....................................................................................................................... 146 5.4.1 Introduction ............................................................................................ 146 5.4.2 Choix de la solution de surveillance dynamique en temps réel.............. 147 5.4.3 Description de la solution proposée ....................................................... 148 5.4.4 Evaluation des performances du prototype ............................................ 152 5.4.5 Bilan de l’exploitation industrielle ......................................................... 153 5.5 CONCLUSION ET PERSPECTIVES ...................................................................... 154 5.5.1 Principales contributions........................................................................ 154 5.5.2 Perspectives ............................................................................................ 155 CHAPITRE 6 - SURVEILLANCE DYNAMIQUE PAR RESEAUX DE PETRI FLOUS 157 6.1 INTRODUCTION............................................................................................... 157 6.2 ETAT DE L’ART DES RESEAUX DE PETRI FLOUS. UTILISATION DES RESEAUX DE PETRI FLOUS POUR LA SURVEILLANCE DES SYSTEMES A EVENEMENTS DISCRETS ............ 157 6.3 OUTIL DE SURVEILLANCE PAR APPROCHE FLOUE. APPLICATION A LA SURVEILLANCE DYNAMIQUE............................................................................................ 159 6.3.1 Introduction ............................................................................................ 159 6.3.2 Description et définition de l’outil RdPFS.............................................. 160 6.3.3 Modélisation des règles logiques de l’arbre de défaillance par RdPFS 164 6.3.4 Exemple de modélisation en utilisant le RdPFS ..................................... 164 6.4 ALGORITHME DYNAMIQUE DE SURVEILLANCE PAR APPROCHE FLOUE............ 165 6.4.1 Approche temporelle floue pour la surveillance des systèmes à événements discrets ................................................................................................................ 166 6.4.2 Dynamique des transitions dans le réseau de Petri flou pour la surveillance 167 6.4.3 Algorithme d’évaluation dynamique des défauts.................................... 171 6.5 EXEMPLE DE SURVEILLANCE DYNAMIQUE PAR RDPFS................................... 173 6.6 ACTION DE MAINTENANCE EN UTILISANT UNE BASE DE REGLES FLOUES......... 177 6.6.1 Approche floue dans la fonction de maintenance................................... 177 6.7 APPLICATION TEMPS REEL DE SURVEILLANCE DANS UNE SOLUTION LOGICIELLE DE E-MAINTENANCE........................................................................................................ 178 6.7.1 Système étudié......................................................................................... 178 6.7.2 Implémentation des fonctions détection et surveillance dynamique....... 179 page 4 6.7.3 Implémentation de la fonction de maintenance (reprise)....................... 181 6.7.4 Intégration de l’approche globale de surveillance floue dans une plate- forme logicielle........................................................................................................... 182 6.8 CONCLUSION ET PERSPECTIVES...................................................................... 184 CHAPITRE 7 - VERS UN OUTIL HYBRIDE NEURO-FLOU POUR LA SURVEILLANCE DYNAMIQUE................................................................................. 187 7.1 INTRODUCTION............................................................................................... 187 7.2 GENERALITES SUR LES SYSTEMES NEURO-FLOUS ........................................... 187 7.2.1 Avantages et inconvénients de la logique floue et des réseaux de neurones ................................................................................................................ 188 7.2.2 Méthodes et combinaisons neuro-floues................................................. 189 7.2.3 systèmes neuro-flous hybrides................................................................ 191 7.2.4 Méthodologie de modélisation neuro-floue............................................ 196 7.2.5 Approche neuro-floue en classification.................................................. 196 7.3 CONCEPTION D’UN OUTIL NEURO-FLOU POUR L’AIDE AU DIAGNOSTIC ........... 197 7.3.1 Utilisation des systèmes neuro-flous pour le diagnostic ........................ 197 7.3.2 Spécifications de l’outil en utilisant la demarche UML......................... 199 7.3.3 Description de l’outil neuro-flou utilisé ................................................. 205 7.3.4 Exemple d’application de l’outil d’aide au diagnostic / pronostic ........ 207 7.3.5 Prototypage de l’outil neuro-flou d’aide au diagnostic ......................... 209 7.4 CONCLUSION ET PERSPECTIVES...................................................................... 212 CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES DE RECHERCHE........ 213 BILAN, CONCLUSIONS ................................................................................................ 213 PERSPECTIVES DE RECHERCHE................................................................................... 215 TABLE DES FIGURES............................................................................................. 217 LISTE DES TABLEAUX.......................................................................................... 221 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES................................................................. 223 INDEX......................................................................................................................... 241 . . . Notations et abréviations ADD Arbre de défaillances AMDEC Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leurs Criticité CG Mécanisme de type "chien de garde" F Fonction d’appartenance correspondant au fonctionnement défaillant FN Fonction d’appartenance correspondant au fonctionnement normal HMI Human Machine Interface ISO International Organization for Standardization GdC Graphe de Causalité GMAO Gestion de la Maintenance Assistée par l’Ordinateur (Central Maintenance Managemente System - CMMS) MIMOSA Machinery Information Management Open Systems Alliance PMC Perceptron uploads/Science et Technologie/ hdr-daniel-racoceanu.pdf