Soutenance de thèse de Mohamed Amine HAJ KACEM (GCSP) Mardi 11 septembre à 14h00 en Amphi Gosse - Grenoble INP - Site Viallet

Les systèmes industriels recouvrent de nombreuses formes. Aujourd'hui, ils sont le plus souvent organisés en réseaux. Les nouvelles technologies de l'information et de la communication apportent un ensemble de moyens supplémentaires pour réaliser des applications ayant un intérêt majeur pour renforcer l'exploitation sûre de ces systèmes et la sécurité des personnes. Parmi ces systèmes industriels, on peut citer les systèmes cyber-physiques (CPS) caractérisés par un grand nombre de variables, des non linéarités et des incertitudes. Leur décomposition en sous-systèmes, permet de les rendre plus facilement gérables et organisés de façon hiérarchique, est fondamentale. Chacun des sous-systèmes est constitué de différents composants remplaçables interconnectés qui réalisent différentes fonctions.
Dans cette optique, nous proposons une approche de diagnostic basée sur quatre types de connaissances : fonctionnelle, structurelle, topologique et comportementale. Cette approche qui inclut la détection et la localisation, exploite la représentation des différentes connaissances pour détecter et isoler la source de défaillance. Afin de lever toute ambigüité de localisation, l’adjonction d’un automate temporisé permet, grâce à une analyse temporelle, d’identifier efficacement le ou les composants défectueux. L’approche multimodèle proposée est agencée autour de trois algorithmes. La modélisation et d’analyse des défaillances est illustrée sur un système cyber-physique : le robot de téléprésence "RobAIR". Les différents modèles de connaissances ont été établis avec une démarche d’analyse ainsi que la construction du diagnostiqueur basée sur des signatures préalablement définies. L‘implémentation des algorithmes de détection, d’isolation sous Simulink/ Stateflow de Matlab a permis de construire le diagnostiqueur selon la méthodologie proposée et valider ainsi notre approche par simulation du fonctionnement avec injection de façon aléatoire de différentes défaillances.
La méthode d’analyse proposée a été appliquée aux tests de démarrage du robot RobAIR avec une attention particulière sur la partie déplacement. Le test de l’ensemble des fonctionnalités du robot est réalisé par la programmation de la carte Arduino. Pour cette application, les algorithmes de détection et d’isolation ont été complétés par la détection d’obstacle et l’identification du mode défaillance.

Mots clés : Systèmes cyber-physique, modélisation, diagnostic, tests embarqués

Abstract :

Industrial systems cover many forms. Today, they are most often organized in networks. The new information and communication technologies provide a set of additional means to realize applications of major interest to strengthen the safe operation of these systems and the safety of people. Among these industrial systems, we can cite cyber-physical systems (CPS) characterized by a large number of variables, nonlinearities and uncertainties. Their decomposition into subsystems, making them more manageable and hierarchically organized, is fundamental. Each of the subsystems consists of different interconnected replaceable components that perform different functions.

With this in mind, we propose a diagnostic approach based on four types of knowledge: functional, structural, topological and behavioral. This approach, which includes detection and localization, exploits the representation of different knowledge to detect and isolate the source of failure. In order to eliminate any ambiguity of location, the addition of a timed automat allows, thanks to a temporal analysis, to efficiently identify the defective component(s). The proposed multimodel approach is organized around three algorithms. Modeling and failure analysis is illustrated on a cyber-physical system: the "RobAIR" telepresence robot. The different knowledge models were established with an analysis approach as well as the construction of the diagnostician based on previously defined signatures. The implementation of Matlab's Simulink / Stateflow isolation and detection algorithms made it possible to build the diagnoser according to the proposed methodology and thus validate our approach by simulating the operation with random injection of various failures.

The proposed analysis method was applied to the RobaIR robot's start-up tests with particular attention to the displacement part. The testing of all the robot's functionalities is done by programming the Arduino board. For this application, the detection and isolation algorithms have been supplemented by obstacle detection and failure mode identification.

Key words : Cyber physical systems, modeling, diagnostic, built-In test