▼ 

Le problème étudié dans le cadre de cette thèse porte essentiellement sur l'étape de détection de défaut dans un processus de diagnostic industriel. Ces travaux sont motivés par la surveillance de deux sous-systèmes complexes d'un autobus impactant la disponibilité des véhicules et leurs coûts de maintenance : le système de freinage et celui des portes. Cette thèse décrit plusieurs outils dédiés au suivi de fonctionnement de ces deux systèmes. On choisit une approche de diagnostic par reconnaissance des formes qui s'appuie sur l'analyse de données collectées en exploitation à partir d'une nouvelle architecture télématique embarquée dans les autobus. Les méthodes proposées dans ces travaux de thèse permettent de détecter un changement structurel dans un flux de données traité séquentiellement, et intègrent des connaissances disponibles sur les systèmes surveillés. Le détecteur appliqué aux freins s'appuie sur les variables de sortie (liées au freinage) d'un modèle physique dynamique du véhicule qui est validé expérimentalement dans le cadre de nos travaux. L'étape de détection est ensuite réalisée par des cartes de contrôle multivariées à partir de données multidimensionnelles. La stratégie de détection pour l'étude du système porte traite directement les données collectées par des capteurs embarqués pendant des cycles d'ouverture et de fermeture, sans modèle physique a priori. On propose un test séquentiel à base d'hypothèses alimenté par un modèle génératif pour représenter les données fonctionnelles. Ce modèle de régression permet de segmenter des courbes multidimensionnelles en plusieurs régimes. Les paramètres de ce modèle sont estimés par un algorithme de type EM dans un mode semi-supervisé. Les résultats obtenus à partir de données réelles et simulées ont permis de mettre en évidence l'efficacité des méthodes proposées aussi bien pour l'étude des freins que celle des portes

This thesis is mainly dedicated to the fault detection step occurring in a process of industrial diagnosis. This work is motivated by the monitoring of two complex subsystems of a transit bus, which impact the availability of vehicles and their maintenance costs: the brake and the door systems. This thesis describes several tools that monitor operating actions of these systems. We choose a pattern recognition approach based on the analysis of data collected from a new IT architecture on-board the buses. The proposed methods allow to detect sequentially a structural change in a datastream, and take advantage of prior knowledge of the monitored systems. The detector applied to the brakes is based on the output variables (related to the brake system) from a physical dynamic modeling of the vehicle which is experimentally validated in this work. The detection step is then performed by multivariate control charts from multidimensional data. The detection strategy dedicated to doors deals with data collected by embedded sensors during opening and closing cycles, with no need for a physical model. We propose a sequential testing approach using a…

Advisors/Committee Members: Est%22%20%2Bcontributor%3A%28%22Aknin%2C%20Patrice%22%29&pagesize-30">Aknin, Patrice (thesis director).

▼ 

L'optimisation de stratégies de maintenance est un sujet primordial pour un grand nombre d'industriels. Il s'agit d'établir un plan de maintenance qui garantisse des niveaux de sécurité, de sûreté et de fiabilité élevé avec un coût minimum et respectant d'éventuelles contraintes. Le nombre de travaux grandissant sur l'optimisation de paramètres de maintenance et notamment sur la planification d'actions préventives de maintenance souligne l'intérêt de ce problème. Un grand nombre d'études sur la maintenance repose sur une modélisation du processus de dégradation du système étudié. Les Modèles Graphiques Probabilistes (MGP) et particulièrement les MGP Markoviens (MGPM) fournissent un cadre de travail pour la modélisation de processus stochastiques complexes. Le problème de ce type d'approche est que la qualité des résultats est dépendante de celle du modèle. De plus, les paramètres du système considéré peuvent évoluer au cours du temps. Cette évolution est généralement la conséquence d'un changement de fournisseur pour les pièces de remplacement ou d'un changement de paramètres d'exploitation. Cette thèse aborde le problème d'adaptation dynamique d'une stratégie de maintenance face à un système dont les paramètres changent. La méthodologie proposée repose sur des algorithmes de détection de changement dans un flux de données séquentielles et sur une nouvelle méthode d'inférence probabiliste spécifique aux réseaux bayésiens dynamiques. D'autre part, les algorithmes proposés dans cette thèse sont mis en place dans le cadre d'un projet d'étude avec Bombardier Transport. L'étude porte sur la maintenance du système d'accès voyageurs d'une nouvelle automotrice destiné à une exploitation sur le réseau ferré d'Ile-de-France. L'objectif général est de garantir des niveaux de sécurité et de fiabilité importants au cours de l'exploitation du train

The optimization of maintenance strategies is a major issue for many industrial applications. It involves establishing a maintenance plan that ensures security levels, security and high reliability with minimal cost and respecting any constraints. The increasing number of works on optimization of maintenance parameters in particular in scheduling preventive maintenance action underlines the importance of this issue. A large number of studies on maintenance are based on a modeling of the degradation of the system studied. Probabilistic Models Graphics (PGM) and especially Markovian PGM (M-PGM) provide a framework for modeling complex stochastic processes. The issue with this approach is that the quality of the results is dependent on the model. More system parameters considered may change over time. This change is usually the result of a change of supplier for replacement parts or a change in operating parameters. This thesis deals with the issue of dynamic adaptation of a maintenance strategy, with a system whose parameters change. The proposed methodology is based on change detection algorithms in a stream of sequential data and a new method for probabilistic inference specific to…

Advisors/Committee Members: Est%22%20%2Bcontributor%3A%28%22Aknin%2C%20Patrice%22%29&pagesize-30">Aknin, Patrice (thesis director).

▼ 

La question des liens entre forme urbaine et transport se trouve depuis une vingtaine d'années au cœur des réflexions sur la mise en place de politiques d'aménagement durable. L'essor de la diffusion de données sur grille régulière constitue dans ce cadre une nouvelle perspective pour la modélisation de structures urbaines à partir de mesures de densités affranchies de toutes les contraintes des maillages administratifs. A partir de données de densité de population et de surface bâtie disponibles à l'échelle de la France sur des grilles à mailles de 200 mètres de côté, nous proposons deux types de classifications adaptées à l'étude des pratiques de déplacement et du développement urbain : des classifications des tissus urbains et des classifications des morphotypes de développement urbain. La construction de telles images classées se base sur une démarche de modélisation théorique et expérimentale soulevant de forts enjeux méthodologiques quant à la classification d'espaces urbains statistiquement variés. Pour nous adapter au traitement exhaustif de ces espaces, nous avons proposé une méthode de classification des tissus urbains par transfert d'apprentissage supervisé. Cette méthode utilise le formalisme des champs de Markov cachés pour prendre en compte les dépendances présentes dans ces données spatialisées. Les classifications en morphotypes sont ensuite obtenus par un enrichissement de ces premières images classées, formalisé à partir de modèles chorématiques et mis à œuvre par raisonnement spatial qualitatif. L'analyse de ces images classées par des méthodes de raisonnement spatial quantitatif et d'analyses factorielles nous a permis de révéler la diversité morphologique de 50 aires urbaines françaises. Elle nous a permis de mettre en avant la pertinence de ces classifications pour caractériser les espaces urbains en accord avec différents enjeux d'aménagement relatifs à la densité ou à la multipolarité

Since a couple of decades the relationships between urban form and travel patterns are central to reflection on sustainable urban planning and transport policy. The increasing distribution of regular grid data is in this context a new perspective for modeling urban structures from measurements of density freed from the constraints of administrative division. Population density data are now available on 200 meters grids covering France. We complete these data with built area densities in order to propose two types of classified images adapted to the study of travel patterns and urban development: classifications of urban fabrics and classifications of morphotypes of urban development. The construction of such classified images is based on theoretical and experimental which raise methodological issues regarding the classification of a statistically various urban spaces. To proceed exhaustively those spaces, we proposed a per-pixel classification method of urban fabrics by supervised transfer learning. Hidden Markov random fields are used to take into account the dependencies in the spatial data. The…

Advisors/Committee Members: Est%22%20%2Bcontributor%3A%28%22Aknin%2C%20Patrice%22%29&pagesize-30">Aknin, Patrice (thesis director).

▼ 

Cette thèse aborde la problématique de la classification non supervisée de données lorsque les caractéristiques des classes sont susceptibles d'évoluer au cours du temps. On parlera également, dans ce cas, de classification dynamique de données temporelles non stationnaires. Le cadre applicatif des travaux concerne le diagnostic par reconnaissance des formes de systèmes complexes dynamiques dont les classes de fonctionnement peuvent, suite à des phénomènes d'usures, des déréglages progressifs ou des contextes d'exploitation variables, évoluer au cours du temps. Un modèle probabiliste dynamique, fondé à la fois sur les mélanges de lois et sur les modèles dynamiques à espace d'état, a ainsi été proposé. Compte tenu de la structure complexe de ce modèle, une variante variationnelle de l'algorithme EM a été proposée pour l'apprentissage de ses paramètres. Dans la perspective du traitement rapide de flux de données, une version séquentielle de cet algorithme a également été développée, ainsi qu'une stratégie de choix dynamique du nombre de classes. Une série d'expérimentations menées sur des données simulées et des données réelles acquises sur le système d'aiguillage des trains a permis d'évaluer le potentiel des approches proposées

Nowadays, diagnosis and monitoring for predictive maintenance of railway components are important key subjects for both operators and manufacturers. They seek to anticipate upcoming maintenance actions, reduce maintenance costs and increase the availability of rail network. In order to maintain the components at a satisfactory level of operation, the implementation of reliable diagnostic strategy is required. In this thesis, we are interested in a main component of railway infrastructure, the railway switch; an important safety device whose failure could heavily impact the availability of the transportation system. The diagnosis of this system is therefore essential and can be done by exploiting sequential measurements acquired successively while the state of the system is evolving over time. These measurements consist of power consumption curves that are acquired during several switch operations. The shape of these curves is indicative of the operating state of the system. The aim is to track the temporal dynamic evolution of railway component state under different operating contexts by analyzing the specific data in order to detect and diagnose problems that may lead to functioning failure. This thesis tackles the problem of temporal data clustering within a broader context of developing innovative tools and decision-aid methods. We propose a new dynamic probabilistic approach within a temporal data clustering framework. This approach is based on both Gaussian mixture models and state-space models. The main challenge facing this work is the estimation of model parameters associated with this approach because of its complex structure. In order to meet this challenge, a variational approach has been developed. The results obtained on both synthetic and real data highlight the advantage of…

Advisors/Committee Members: Est%22%20%2Bcontributor%3A%28%22Aknin%2C%20Patrice%22%29&pagesize-30">Aknin, Patrice (thesis director).

▼ Actuellement, les équipements employés dans les milieux industriels sont de plus en plus complexes. Ils exigent une maintenance accrue afin de garantir un niveau de service optimal en termes de fiabilité et de disponibilité. Par ailleurs, souvent cette garantie d'optimalité a un coût très élevé, ce qui est contraignant. Face à ces exigences la gestion de la maintenance des équipements est désormais un enjeu de taille : rechercher une politique de maintenance réalisant un compromis acceptable entre la disponibilité et les coûts associés à l'entretien du système. Les travaux de cette thèse partent par ailleurs du constat que dans plusieurs applications de l'industrie, le besoin de stratégies de maintenance assurant à la fois une sécurité optimale et une rentabilité maximale demeure de plus en plus croissant conduisant à se référer non seulement à l'expérience des experts, mais aussi aux résultats numériques obtenus via la résolution des problèmes d'optimisation. La résolution de cette problématique nécessite au préalable la modélisation de l'évolution des comportements des états des composants constituant le système, i.e, connaître les mécanismes de dégradation des composants. Disposant d'un tel modèle, une stratégie de maintenance est appliquée au système. Néanmoins, l'élaboration d'une telle stratégie réalisant un compromis entre toutes ces exigences représente un verrou scientifique et technique majeur. Dans ce contexte, l'optimisation de la maintenance s'impose pour atteindre les objectifs prescrits avec des coûts optimaux. Dans les applications industrielles réelles, les problèmes d'optimisation sont souvent de grande dimension faisant intervenir plusieurs paramètres. Par conséquent, les métaheuristiques s’avèrent une approche intéressante dans la mesure où d'une part, elles sacrifient la complétude de la résolution au profit de l'efficacité et du temps de calcul et d'autre part elles s'appliquent à un très large panel de problèmes.Dans son objectif de proposer une démarche de résolution d'un problème d'optimisation de la maintenance préventive, cette thèse fournit une méthodologie de résolution du problème d'optimisation des politiques de maintenance préventive systématique appliquée dans le domaine ferroviaire à la prévention des ruptures de rails. Le raisonnement de cette méthodologie s'organise autour de trois étapes principales : 1. Modélisation de l'évolution des comportements des états des composants constituant le système, i.e, connaître les mécanismes de dégradation des composants et formalisation des opérations de maintenance. 2. Formalisation d'un modèle d'évaluation de politiques de maintenance tenant compte aussi bien du facteur sûreté de fonctionnement du système que du facteur économique conséquent aux procédures de gestion de la maintenance (coûts de réparation, de diagnostic, d'indisponibilité). 3. Optimisation des paramètres de configuration des politiques de maintenance préventive systématique afin d'optimiser un ou plusieurs critères. Ces critères sont définis sur la base du modèle d'évaluation… Advisors/Committee Members: Est%22%20%2Bcontributor%3A%28%22Aknin%2C%20Patrice%22%29&pagesize-30">Aknin, Patrice (thesis director).

▼ Une des conséquences les plus marquantes de l'évolution actuelle de l’industrie ferroviaire est l'augmentation des contraintes exercées aussi bien sur les voies que sur les matériels roulants ; tant en termes de sollicitations, de charges, de fréquences, qu'en termes d'exigences de disponibilité et de sécurité. De ce fait, la recherche de politiques de maintenance optimales répondant aux objectifs de disponibilité, de coûts, de sécurité est devenue un sujet particulièrement d'actualité. Pour répondre à cette demande d’ajustement des stratégies de maintenance, le formalisme des réseaux bayésiens est une approche de plus en plus utilisée pour développer des outils d'aide à la décision. Afin de s’affranchir de l’hypothèse markovienne restrictive imposée par l’utilisation « standard » des réseaux bayésiens, une structure originale a été proposée pour modéliser finement un processus de dégradation dans le cadre discret à partir de distributions de temps de séjour quelconques. Cette approche, dénommée Modèles Graphiques de Durée, autorise une finesse de modélisation du processus de dégradation qui permet de reproduire le comportement de systèmes multi-composants et multi-états, tout en tenant compte de variables exogènes. Cette modélisation semi-markovienne de la dégradation a, jusqu'à présent, été utilisée surtout pour évaluer ou comparer des stratégies de maintenance pouvant mêler des approches correctives, systématiques ou conditionnelles. Cette thèse vise à étendre les travaux précédents aux actions de maintenance prévisionnelle. Cette approche, qualifiée également de pronostic, offre en effet l’avantage d’une prédiction de l’instant optimal d’intervention maximisant la durée de fonctionnement du système avant intervention, tout en satisfaisant les contraintes d’exploitation et d’entretien. Les systèmes considérés sont à espaces d’états discrets et finis, périodiquement observables, situation fréquente pour de nombreuses applications industrielles, notamment dans le domaine des transports. Ces travaux de thèse proposent, à partir du formalisme des réseaux bayésiens dynamiques et des modèles graphiques de durée, des outils de pronostic dans le but de permettre la modélisation de politiques de maintenance préventives prévisionnelle. Pour répondre à cet objectif, un algorithme de pronostic basé sur des distributions de temps de séjour a tout d’abord été introduit, dans le but de calculer une estimation de la durée de vie résiduelle (RUL) d'un système et de la mettre à jour à chaque fois qu’un nouveau diagnostic est disponible. Pour améliorer la précision des calculs de pronostic, un nouveau modèle de dégradation a ensuite été proposé pour tenir compte de l'existence éventuelle de plusieurs dynamiques de dégradation coexistantes. Son principe consiste à identifier à chaque instant un mode de dégradation actif, puis à répercuter cette information sur les temps de séjour considérés dans les états suivants par l'utilisation de lois de temps de séjour conditionnelles. Enfin, des solutions pour diminuer la complexité des… Advisors/Committee Members: Est%22%20%2Bcontributor%3A%28%22Aknin%2C%20Patrice%22%29&pagesize-30">Aknin, Patrice (thesis director).