Literatura científica selecionada sobre o tema "Automates stochastiques hybrides"

Cette thèse s'inscrit dans le simulateur d'entraînement du projet « Réacteur Numérique » dans le but d'intégrer la modélisation des dégradations, du vieillissement et des défaillances. En effet, l'objectif est de permettre à des opérateurs de conduite de se former et s'entraîner à réagir en cas de comportements dysfonctionnels du système, ceux-ci étant voués à se dégrader, ainsi que de lui permettre d'évaluer l'impact de sa stratégie de conduite sur le système durant laps de temps plus long. Pour répondre à ce besoin, et notamment représenter le lien entre comportements dysfonctionnels et fonctionnels, les travaux de cette thèse ont porté sur l'extension du concept des ASH. Ceci, pour considérer en premier lieu la dégradation, son évolution, son impact sur le taux de défaillance avant de permettre à ces modèles de recevoir des injections de commande en cours de simulation, permettant de les utiliser dans le cadre de session d'entraînement. Puis, de les étendre encore une fois en liant la dégradation aux performances du composant modélisé au travers de dérives comme une dérive de capteur ou de commande, ceci créant les ASHBP. En plus de cet outil de modélisation, les travaux de cette thèse ont porté sur le développement d'un logiciel modulaire indépendant, le MCM2D pouvant s'intégrer dans l'environnement de co-simulation qu'est le simulateur d'entraînement du « Réacteur Numérique ». Pour ce faire, il a fallu effectuer des études et des développements sur la synchronisation entre les modèles et le MCM2D ainsi qu'avec les autres logiciels du simulateur d'entraînement. Le MCM2D est constitué de quatre modules assurant chacun une mission spécifique. Le MSD simule un système complexe en temps réel ou accéléré en permettant des communications avec des logiciels tiers et des injections de commande pour des sessions d'entraînement. Le MV permet d'effectuer une simulation en temps accéléré afin de faire vieillir les composants du système simulés par le MSD. Le MP permet d'effectuer des simulations de Monte-Carlo pour l'étude de l'impact d'une stratégie de maintenance sur le système modélisé. Enfin, afin de permettre à un utilisateur humain de communiquer et injecter des commandes dans le MCM2D et ses modules, le MIG permet l'utilisation d'une IHM. Ce MCM2D a été intégré dans le simulateur d'entraînement du projet « Réacteur Numérique » pour modéliser un Relais de Commande à Main (RCM) au cours d'un scénario de « Collapsage de la bulle » à l'aide de divers scénarios montrant : le phénomène de dérive de commande, un comportement de blocage de commande, un exemple d'utilisation en temps accéléré avec injection de commande et un exemple d'étude pronostic sur l'impact d'une stratégie de maintenance. Au travers de ces démonstrations, il est montré que les ASHBP peuvent être utilisés afin de modéliser l'évolution de la dégradation selon le profil d'utilisation permettant de garder en mémoire la vie du composant modélisé. De plus, ceux-ci peuvent être utilisé à la fois dans le cadre de simulation de Monte-Carlo mais aussi dans le cadre de simulation d'entraînement avec des injections de commandes et des pas de temps de calcul variables selon les besoins de l'utilisateur. Enfin, il a été montré que l'environnement de simulation de ces automates, le MCM2D, peut être intégré dans un environnement multi-logiciels tout en pouvant être modifié à l'avenir pour effectuer une plus grande variété de missions par l'ajout de nouveaux modules. Cette thèse présente ainsi des travaux à la fois dans le domaine de la modélisation dynamique des systèmes, ainsi que dans le domaine de la simulation d'entraînement
This thesis is part of the training simulator of the "Digital Reactor" project with the aim of integrating the modelling of degradation, aging and failures. Indeed, the objective is to allow driving operators to train themselves to react in the event of dysfunctional behaviours in their system, which are bound to deteriorate, as well as to allow them to evaluate the impact of their driving strategy on the system over a longer period of time. To meet this need, and in particular to represent the link between dysfunctional and functional behaviours, the work of this thesis focused on the extension of the concept of ASH. This is to consider in the first place the degradation, its evolution, its impact on the failure rate before allowing these models to receive control injections during simulation, allowing them to be used in the context of training sessions. Then, to extend them once again by linking the degradation to the performance of the modelled component through drifts such as sensor or control drift, this creating the ASHBP. In addition to this modelling tool, the work of this thesis focused on the development of an independent modular software, the MCM2D that can be integrated into the co-simulation environment that is the training simulator of the "Digital Reactor". To do this, it was necessary to carry out studies and developments on the synchronization between the models and the MCM2D as well as with the other software of the training simulator. The MCM2D is made up of four modules, each with a specific mission. The MSD simulates a complex system in real-time or accelerated by enabling communications with third-party software and command injections for training sessions. The MV allows for accelerated simulation to age the system components simulated by the MSD. The MP allows Monte Carlo simulations to be carried out to study the impact of a maintenance strategy on the modelled system. Finally, in order to allow a human user to communicate and inject commands into the MCM2D and its modules, the MIG allows the use of an HMI. This MCM2D was integrated into the training simulator of the "Digital Reactor" project to model a Hand Control Relay (HCR) during a "Bubble Collapse" scenario using various scenarios showing: the phenomenon of control drift, a control blocking behaviour, an example of accelerated use with control injection and an example of a prognostic study on the impact of a maintenance strategy. Through these demonstrations, it is shown that ASHBP can be used to model the evolution of degradation according to the use profile allowing to keep in memory the life of the modelled component. In addition, these can be used both in the Monte Carlo simulation framework but also in the training simulation framework with variable command injections and calculation time steps according to the user's needs. Finally, it has been shown that the simulation environment of these automata, the MCM2D, can be integrated into a multi-software environment while being able to be modified in the future to perform a wider variety of missions by adding new modules. This thesis presents work both in the field of dynamic modelling of systems, as well as in the field of training simulation

La recherche de solutions analytiques pour l’évaluation de la fiabilité en contexte dynamique n’est pas résolue dans le cas général. Un état de l’art présenté dans le chapitre 1 montre que des approches partielles relatives à des hypothèses particulières existent. La simulation de Monte Carlo serait le seul recours, mais il n’existait pas d’outils performants permettant la simulation simultanée de l’évolution discrète du système et de son évolution continue prenant en compte les aspects probabilistes. Dans ce contexte, dans le chapitre 2, nous introduisons le concept d’automate stochastique hybride capable de prendre en compte tous les problèmes posés par la fiabilité dynamique et d’accéder à l’évaluation des grandeurs de la sûreté de fonctionnement par une simulation de Monte Carlo implémentée dans l’environnement Scilab-Scicos. Dans le chapitre 3, nous montrons l’efficacité de notre approche de simulation pour l’évaluation de la sûreté de fonctionnement en contexte dynamique sur deux cas test dont un est un benchmark de la communauté de la Sûreté de Fonctionnement. Notre approche permet de répondre aux problèmes posés, notamment celui de la prise en compte de l’influence de l’état discret, de l’état continu et de leur interaction dans l’évaluation probabiliste des performances d’un système dans lequel en outre, les caractéristiques fiabilistes des composants dépendent eux-mêmes des états continu et discret. Dans le chapitre 4, nous donnons une idée de l’intérêt du contrôle par supervision comme moyen de la sûreté de fonctionnement. Les concepts d’automate observateur et de contrôleur ont été introduits et illustrés sur notre cas test afin de montrer leur potentialité
The research of analytical solutions for reliability assessment in dynamic context is not solved in the general case. A state of the art presented in chapter 1 shows that partial approaches exist in the case of particular hypothesis. The Monte Carlo simulation would be the only recourse, but there were no tools allowing the simultaneous simulation of the discrete evolution of the system and its continuous evolution taking into account the probabilistic aspects. In this context, in chapter 2, we introduce the concept of hybrid stochastic automaton capable of taking into account all the problems posed by dynamic reliability and to accede to the assessment of dependability parameters by a Monte Carlo simulation implemented in Scicos-Scilab environment. In chapter 3, we show the effectiveness of our approach of simulation for dependability assessment in dynamic context through two test cases of which case one is a benchmark of dependability community. Our approach responds to the posed problems, notably the consideration of the influence of the discrete state, of the continuous state and their interaction, in the probabilistic assessment of the performances of a system in which besides, the reliability characteristics of components depend themselves of the continuous and discrete states. In chapter 4, we give an idea of the interest of control by supervision as a means of dependability. The concepts of observer automaton and of controller have been introduced and illustrated on our test case in order to show their potential

La recherche de solutions analytiques pour l'évaluation de la fiabilité en contexte dynamique n'est pas résolue dans le cas général. Un état de l'art présenté dans le chapitre 1 montre que des approches partielles relatives à des hypothèses particulières existent. La simulation de Monte Carlo serait le seul recours, mais il n'existait pas d'outils performants permettant la simulation simultanée de l'évolution discrète du système et de son évolution continue prenant en compte les aspects probabilistes. Dans ce contexte, dans le chapitre 2, nous introduisons le concept d'automate stochastique hybride capable de prendre en compte tous les problèmes posés par la fiabilité dynamique et d'accéder à l'évaluation des grandeurs de la sûreté de fonctionnement par une simulation de Monte Carlo implémentée dans l'environnement Scilab-Scicos. Dans le chapitre 3, nous montrons l'efficacité de notre approche de simulation pour l'évaluation de la sûreté de fonctionnement en contexte dynamique sur deux cas test dont un est un benchmark de la communauté de la Sûreté de Fonctionnement. Notre approche permet de répondre aux problèmes posés, notamment celui de la prise en compte de l'influence de l'état discret, de l'état continu et de leur interaction dans l'évaluation probabiliste des performances d'un système dans lequel en outre, les caractéristiques fiabilistes des composants dépendent eux-mêmes des états continu et discret. Dans le chapitre 4, nous donnons une idée de l'intérêt du contrôle par supervision comme moyen de la sûreté de fonctionnement. Les concepts d'automate observateur et de contrôleur ont été introduits et illustrés sur notre cas test afin de montrer leur potentialité.

La recherche de solutions analytiques pour l’évaluation de la fiabilité en contexte dynamique n’est pas résolue dans le cas général. Un état de l’art présenté dans le chapitre 1 montre que des approches partielles relatives à des hypothèses particulières existent. La simulation de Monte Carlo serait le seul recours, mais il n’existait pas d’outils performants permettant la simulation simultanée de l’évolution discrète du système et de son évolution continue prenant en compte les aspects probabilistes. Dans ce contexte, dans le chapitre 2, nous introduisons le concept d’automate stochastique hybride capable de prendre en compte tous les problèmes posés par la fiabilité dynamique et d’accéder à l’évaluation des grandeurs de la sûreté de fonctionnement par une simulation de Monte Carlo implémentée dans l’environnement Scilab-Scicos. Dans le chapitre 3, nous montrons l’efficacité de notre approche de simulation pour l’évaluation de la sûreté de fonctionnement en contexte dynamique sur deux cas test dont un est un benchmark de la communauté de la Sûreté de Fonctionnement. Notre approche permet de répondre aux problèmes posés, notamment celui de la prise en compte de l’influence de l’état discret, de l’état continu et de leur interaction dans l’évaluation probabiliste des performances d’un système dans lequel en outre, les caractéristiques fiabilistes des composants dépendent eux-mêmes des états continu et discret. Dans le chapitre 4, nous donnons une idée de l’intérêt du contrôle par supervision comme moyen de la sûreté de fonctionnement. Les concepts d’automate observateur et de contrôleur ont été introduits et illustrés sur notre cas test afin de montrer leur potentialité
The research of analytical solutions for reliability assessment in dynamic context is not solved in the general case. A state of the art presented in chapter 1 shows that partial approaches exist in the case of particular hypothesis. The Monte Carlo simulation would be the only recourse, but there were no tools allowing the simultaneous simulation of the discrete evolution of the system and its continuous evolution taking into account the probabilistic aspects. In this context, in chapter 2, we introduce the concept of hybrid stochastic automaton capable of taking into account all the problems posed by dynamic reliability and to accede to the assessment of dependability parameters by a Monte Carlo simulation implemented in Scicos-Scilab environment. In chapter 3, we show the effectiveness of our approach of simulation for dependability assessment in dynamic context through two test cases of which case one is a benchmark of dependability community. Our approach responds to the posed problems, notably the consideration of the influence of the discrete state, of the continuous state and their interaction, in the probabilistic assessment of the performances of a system in which besides, the reliability characteristics of components depend themselves of the continuous and discrete states. In chapter 4, we give an idea of the interest of control by supervision as a means of dependability. The concepts of observer automaton and of controller have been introduced and illustrated on our test case in order to show their potential

Ces travaux s'intéressent à l'estimation de la fiabilité des évacuateurs de crues vannés. Le comportement fiabiliste de ces systèmes hydrauliques dépend à la fois d'événements aléatoires discrets, mais aussi de l'évolution d'une variable déterministe continue : ce sont des systèmes dynamiques hybrides. Pour ces systèmes, l'événement redouté est réalisé lorsque le niveau de la retenue atteint un seuil de sûreté. La démarche de fiabilité dynamique proposée dans cette thèse vise à prendre en compte l'information temporelle, de la modélisation à la synthèse d'indicateurs fiabilistes pour l'aide à la décision et développe deux contributions : 1) L'élaboration d'une base de connaissances dédiée à la description des évacuateurs de crues en termes de fiabilité dynamique. Chaque classe de composants est décrite par un automate stochastique hybride dont les états sont les différentes phases de son fonctionnement. 2) Le suivi de la simulation de Monte Carlo, le traitement et l'analyse des "histoires" (séquence de tous les états activés et des dates d'activation) obtenues en simulation. Cela permet de construire des indicateurs de fiabilité classique (probabilité d'occurrence de l'évènement redouté, identification des coupes équivalentes prépondérantes, ...). Des indicateurs de fiabilité dynamique basés sur la classification des histoires en fonction des dates de défaillance des composants concernés et sur l'estimation de l'importance dynamique sont aussi proposés.

Ce travail de thèse a pour objet l'étude de modèles markoviens qui résultent de la prise en compte d'incertitudes dans des systèmes possédant une dynamique hybride : entrées bruitées, dynamique mal connue, ou évènements aléatoires par exemple. De tels modèles, parfois qualifiés de Systèmes Hybrides Stochastiques (SHS), sont utilisés principalement en automatique et en recherche opérationnelle.

Nous introduisons dans la première partie du mémoire la notion de processus diffusif par morceaux, qui fournit un cadre théorique général qui unifie les différentes classes de modèles "hybrides" connues dans la littérature. Différents aspects de ces modèles sont alors envisagés, depuis leur construction mathématique (traitée grâce au théorème de renaissance pour les processus de Markov) jusqu'à l'étude de leur générateur étendu, en passant par le phénomène de Zénon.

La deuxième partie du mémoire s'intéresse plus particulièrement à la question de la "propagation de l'incertitude", c'est-à-dire à la manière dont évolue la loi marginale de l'état au cours du temps. L'équation de Fokker-Planck-Kolmogorov (FPK) usuelle est généralisée à diverses classes de processus diffusifs par morceaux, en particulier grâce aux notions d'intensité moyenne de sauts et de courant de probabilité. Ces résultats sont illustrés par deux exemples de modèles multidimensionnels, pour lesquels une résolution numérique de l'équation de FPK généralisée a été effectuée grâce à une discrétisation en volumes finis. La comparaison avec des méthodes de type Monte-Carlo est également discutée à partir de ces deux exemples.