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CCS - Conception et Conduite de Systèmes

La conception d’un système industriel est étroitement liée à la définition de son système de pilotage et de contrôle, aussi le pôle « Conception et Conduite des Systèmes » s’attache-t-il aux domaines de l’automatique et de l’automatisation, de la gestion de production, du génie industriel et de l’informatique embarquée et temps-réel.


Responsable : Jean-Jacques LOISEAU
Equipes : Commande, IS3P, PSI, SLP, STR


Une science sexagénaire

La conception des systèmes industriels est indissolublement liée à la définition du système de contrôle et de pilotage qui va permettre de réguler, de corriger, voire d’optimiser leur usage, mais aussi à l’élaboration du cahier des charges décrivant les fonctions qui seront assurées par le système et les contraintes auxquelles il sera soumis. Les trois concepts (système, conduite, spécification) sont élaborés dans le détail en parallèle par les partenaires, clients, ingénieurs d’étude, d’essais ou de production, lors de la phase d’étude. Ils continuent souvent d’évoluer pendant la phase d’utilisation du système, pour suivre les évolutions technologiques, du marché ou des contraintes sociétales. Les systèmes industriels sont donc d’abord des systèmes dynamiques interconnectés avec leur système de conduite, devant valider un ensemble de spécifications. Leur conception elle-même est aussi un processus complexe et bouclé, piloté par des méthodes de gestion de projet et passant par la définition et la validation des objectifs réalisables.
Leur réalisation ressort de l’art de l’ingénieur, mais la recherche de méthodes destinées à organiser et réguler des systèmes complexes a intéressé les scientifiques depuis qu’il en existe. Archimède, pour citer un des plus anciens, a ainsi inventé l’odomètre, machine à mesurer les distances, pour mieux organiser le déplacement des troupes du tyran Hiéron II de Syracuse et réguler les temps de marche d’un jour à l’autre. Il avait aussi étudié l’optimisation de la répartition des armes et de leur emploi au sein de l’armée. Plus près de nous, Monge étudia à partir de 1776 l’organisation des travaux de remblaiement et déblaiement. Maxwell présente en 1867 son mémoire « On governors », considéré comme la première étude de la stabilité d’un système interconnecté. Le début du vingtième siècle voit le développement de la gestion de production et des technologies de régulation. La seconde guerre mondiale provoque à la fois la systématisation de leur emploi et la réquisition de nombreux scientifiques pour leur développement. Les années qui suivent voient la naissance des sciences de la conception et de la conduite des systèmes, avec les travaux de Bellmann, Kantorovitch, Pontryagin, Simon, Wiener, pour ne citer que quelques-uns des plus célèbres précurseurs des recherches actuellement menées dans le pôle CCS.

Positionnement

Sur le plan scientifique, le pôle produit ses résultats principalement dans les domaines de l’automatique et de l’automatisation, de la gestion de production, du génie industriel et de l’informatique embarquée et temps-réel. Il est aussi actif dans les domaines des mathématiques appliquées qui correspondent à ces premiers champs de recherche, notamment en théorie de la commande et des systèmes, en recherche opérationnelle, en informatique théorique, ainsi que dans quelques champs associés à des applications faisant l’objet de recherches suivies : biomédical, Électrotechnique, transport.
Au niveau national, le positionnement est centré sur le contour du GdR MACS, et aborde aussi ceux du CIRP et des GdR EMR, RO, SEEDS. Les deux équipes PSI et Commande ne sont rattachées qu’au pôle CCS. L’équipe STR est aussi rattachée au pôle SLS, et les équipes IS3P et SLP au pôle SDD. Les synergies avec les pôles SDD et SLS sont donc bien visibles. Il y a aussi des synergies existant avec les pôles RPC, notamment à travers la commande ou la coordination de robots, et avec SIEL, pour la prise en compte de l’humain, dans des systèmes semi-automatisés, et des enjeux sociétaux et culturels. Parmi les thèmes transverses, l’entreprise du futur est au cœur des préoccupations de trois équipes, IS3P, PSI et SLP, surtout à travers l’extraction de connaissances, la modélisation et la simulation, la conception, la conduite et le contrôle. On note l’ouverture récente vers les industries du service, et vers les systèmes économiques ou même sociaux, qui fait préférer le terme entreprise à celui d’industrie. Cette tendance est amenée à s’affirmer encore, avec le développement de recherches sur l’amélioration des entreprises et l’ingénierie des connaissances. Le thème véhicules et mobilité est abordé par les équipes Commande et STR sous l’angle du véhicule et de l’automatisation de certains aspects de la conduite, et sous l’angle de la conception et du pilotage de réseaux dans les équipes IS3P, PSI et SLP. Il va rester important pour toutes les équipes dans les années à venir. Le thème de la gestion de l’énergie et de la maîtrise des impacts environnementaux est devenu un enjeu sociétal important qui est pris en compte dans toutes les équipes, notamment à travers des applications. L’équipe commande est directement impliquée dans des questions de pilotage du réseau électrique de RTE, et dans des développements autour de la génération d’énergie propre, et les équipes PSI et SLP sont impliquées dans des études logistiques concernant de tels projets.
La durabilité est aussi au centre du projet de l’équipe IS3P, et la maîtrise de la consommation des systèmes embarqués au centre de celui de l’équipe STR. Ce thème est amené à se développer et la structuration en pôle devra permettre de détecter les synergies et coopération utiles, et de les faire croître.

Enjeux et objectifs

Les enjeux scientifiques mis en avant dans les cinq projets d’équipe présentent plusieurs similarités :
  • Un premier axe repris par toutes les équipes consiste à enrichir les modèles, afin de mieux répondre à la complexité des modèles rencontrés dans les applications.
  • Un deuxième axe mentionné par tous est celui de la robustesse du système conçu vis-à-vis d’erreurs ou d’incertitudes de modélisation, d’aléas ou d’écarts de comportement par rapport à des prédictions, de perturbations agissant sur le système.
  • Un troisième axe jugé important par tous concerne la maîtrise de la complexité. Il s’agit de réduire la complexité des méthodes pour permettre leur mise en œuvre, d’une part dans des systèmes de commande en ligne ou des systèmes d’information, mais aussi pour réduire l’effort de conception hors-ligne des systèmes.
Pour ces deux derniers points, on s’attache au niveau du pôle à mettre en avant ces convergences de problématiques, afin de faire profiter les questions des uns des solutions des autres et réciproquement. L’obstacle à vaincre est la diversité des approches et la spécialisation des savoirs, qui rend souvent invisibles aux acteurs de la recherche les points de confluence d’une approche à l’autre, et rend difficile la rencontre ou la confrontation d’idées. Il faut noter que l’enrichissement des modèles concerne aussi bien la description du système à concevoir que celle de son pilotage, ou la spécification à travers la description des problèmes à atteindre. Les formulations des problématiques en automatique continue, automatique discrète, vérification formelle, recherche opérationnelle et génie industriel sont si différentes que la similarité des enjeux n’est pas exploitée ni même correctement mesurée. Au niveau du pôle, il convient de contribuer à multiplier l’information et les rencontres pour contribuer à jeter des ponts entre les différentes approches, en vue d’aller vers des généralisations plutôt que des nouveaux modèles, et vers une synthèse des différentes approches. Les cinq équipes sont déjà très visibles dans leurs domaines. Ce travail collectif leur permet de continuer à jouer un rôle moteur tant en France qu’au niveau international, à la fois par l’introduction de concepts fédérateurs et de méthodes plus larges d’emploi, et leur validation sur des technologies innovantes, et d’identifier le pôle nantais comme un leader dans le domaine de la conception et de la conduite des systèmes industriels.


Les actus du pôle

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