Cadre méthodologique et opérationnel pour l'apprentissage, la validation et l'amélioration des Systèmes Cyber-Physiques et Humains basé sur la modélisation et la simulation

Abstract

Jusqu'au milieu du XXe siècle, la conception technologique n’intégrait pas assez la dimension humaine notamment dans les aspects concernant les conditions mentales et sociales. Dans la seconde moitié du XXe siècle, l'imbrication des systèmes sociaux et technologiques a conduit à la naissance d'un nouvel écosystème appelé le « sociotechnique ». L'approche sociotechnique a développé l'idée que l'homme et la technologie doivent être considérés comme un système unifié. La révolution des Systèmes Cyber-Physiques au 21ème siècle et leurs interactions croissantes avec les humains ont renforcé la nécessité de l'approche sociotechnique. Ainsi, elle a donné naissance au nouveau concept de systèmes intelligents, connus sous le nom de Systèmes Cyber-Physiques et Humains (SCPH). L'étude, la conception et le développement de tels systèmes sont complexes et nécessitent d'immenses efforts. La modélisation et la simulation (M&S) sont reconnues comme des outils pratiques et efficaces pour aider les décideurs, les concepteurs et les développeurs. Malgré les avantages du M&S pour le SCPH, les modélisateurs sont confrontés à des défis importants. Parce qu'ils ne connaissent généralement pas la nature de la fusion des environnements sociotechniques et ne savent pas quoi modéliser et comment. La présente thèse consiste à puiser de manière appropriée dans plusieurs disciplines pour tirer parti et intégrer les théories et les méthodes issues de l'ingénierie, de l'informatique, des sciences humaines et sociales pour aider les modélisateurs. Commençant par une analyse approfondie des concepts, de la terminologie et des domaines d'application du SCPH, cette thèse propose un framework à trois couches comprenant une couche centrée sur l'objectif, une couche centrée sur le comportement et une couche centrée sur l'exécution pour faciliter la compréhension, la modélisation et le développement de modèles exécutables de SCPH. Dans la couche centrée sur l'objectif, nous proposons un modèle générique objectif-centré basé sur la théorie de l'activité pour étudier le SCPH en tant que système sociotechnique et créer un modèle conceptuel initial. Dans la couche centrée sur le comportement, nous proposons un modèle générique comportement-centré pour relier le modèle conceptuel SCPH à la spécification d’un modèle de simulation correspondant, en utilisant une forme étendue de l'architecture Croyance-Désir-Intention et un langage de haut niveau pour la spécification des systèmes. Dans la couche centrée sur l'exécution, nous proposons un modèle générique exécution- centré qui implémente le modèle de simulation SCPH en relation avec son cadre expérimental. Le framework est mis en œuvre sur un système de fabrication intelligent. Ce travail n'est pas destiné à un domaine d'application spécifique du SCPH et peut s’appliquer à plusieurs domaines allant des systèmes de santé, aux systèmes manufacturiers et aux systèmes de transport.