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Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée

 

LURPA - Research programs

* Version française

Below you'll find a non-exhaustive list of ongoing or recently-completed research programs:

* Ongoing research programs

* Algebraic Synthesis of Controllers

Algebraic Synthesis of Controllers for Critical Systems

Research project

The strong safety constraints imposed on critical systems lead to advocate the use of formal methods when specifying, designing and implementing the control of these systems.

Given this recommendation, this project is aimed at developing a formal synthesis method for discrete event systems control that allows:

  • To provide a formal representation of specifications from statements in natural language,
  • To analyze this representation so as to detect specifications inconsistencies and incompleteness,
  • To obtain, by symbolic calculus, control laws that comply with the specifications,
  • To implement these laws in the form of programs for industrial controllers (Programmable Logic Controllers or real-time controllers).

The formal frame that underlies this method is a Boolean algebra for binary signals. This algebra permits to represent formally the usual specifications of logic discrete event systems (DES) in the form of systems of equations, and to find the solutions of these systems, if any. The absence of solutions points out a specifications inconsistency. Inconsistencies removal is performed by interacting with the designer who must modify the erroneous specifications once inconsistencies detected by symbolic calculus. The other steps of the method are fully automated.

Leader: Jean-Marc ROUSSEL

Contact: jean-marc.roussel@lurpa.ens-cachan.fr

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* CLIC

(available only in french) Cotation en Localisation avec Influence des Contacts

Research project

(available only in french) Ce projet du laboratoire a été créé en 1998 pour répondre aux besoins des bureaux d'études des entreprises de mécanique de précision, notamment de l'automobile.

Le projet CLIC porte sur la création d'un système expert de tolérancement fonctionnel des mécanismes. Basé sur la notion d'entité de positionnement très pragmatique, la démarche humaine applicable en entreprise est similaire à la méthode automatique, ce qui permet une collaboration homme-machine. Une base de données intelligente est générée pour chaque mécanisme étudié. Elle permet de traiter une géométrie neutre extraite d'un modèle CAO pour proposer un tolérancement en langage de cotation ISO.

Les principaux résultats sont :

  • le concept de tableau de mise en position des pièces d'un mécanisme,
  • la notion d'entité positionnement,
  • la formalisation des règles de détermination des exigences de positionnement,
  • la détermination des pièces influentes sur une exigence fonctionnelle,
  • les règles de choix des spécifications,
  • l'optimisation des dimensions et des tolérances des pièces.

Les thèmes de recherche actuels visent l'intégration du processus dans un contexte industriel et dans un environnement en CAO. De nombreux points restent à approfondir, comme l'élaboration du calcul de la résultante pour des mécanismes complexes, le traitement statistique des chaînes de cotes, l'analyse des mécanismes articulés, la gestion quantitative des tolérances.

Cette approche a été validée sur de nombreux cas industriels. Une maquette informatique de validation est en cours de développement.

Leader: Bernard Anselmetti

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* E-CONTROL

Control of mecatronic distributed system over Internet

Research project

Growth in Internet use across all sectors of the economy will inevitably lead to controlling distributed systems by means of communication supports that make use of the IP protocol, whether via Intranet or Internet. The IP protocol however has not been specifically intended for industrial control applications. A number of studies and investigations have thus become necessary to establish both use limitations and the development methods to be implemented in order to ensure meeting the requirements of industrial control applications (particularly in terms of behavioral reactivity and determinism). These represent the project objectives as set forth upon start-up in September 2002.
To provide adequate resources for examining problems related to "e-control" through experimental approaches, the laboratory has procured a mechatronics study system containing 82 inputs and 50 outputs. All inputs and outputs are controlled via the Modbus/IP protocol on a 10baseT support. Monitoring of this production equipment may be performed either by a Programmable Logic Controller with an Ethernet coupler that includes its own Web server or by a series of multitask computers spread throughout the Internet network

Leader: Bruno Denis

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* GEOCOM

(available only in french) Géométrie Communicante

Research project

(available only in french) Les nouveaux enjeux industriels, essentiellement dus à la réduction des délais de conception et de développement intégré des produits, ont créé ces dernières années un intérêt tout particulier pour la gestion des variations géométriques des produits. Les recherches dans le domaine du tolérancement ont abordé différents aspects de la spécification et de la vérification des variations géométriques des produits à différents niveaux du cycle de vie du produit. Toutefois, le problème d’intégration du tolérancement dans les maquettes numériques et celui du partage des données du tolérancement dans un contexte de développement collaboratif de produits sont des problèmes d’actualité pour lesquels il existe peu de résultats significatifs.

Le projet GEOCOM (GEOmétrie COMmunicante) a pour objectif de traiter la problématique de la gestion des variations géométriques des produits en collaboration avec des industriels. Ce projet a permis dans un premier temps de situer le tolérancement dans le cycle de conception du produit à travers le recensement des différentes étapes de conception et d’exploitation d’un produit mécanique, la description des activités au niveau de chaque étape, la description des interactions entre ces activités la définition des processus de spécification géométrique.

En collaboration avec PSA, le projet a évolué vers l’assistance à la spécification fonctionnelle des pièces pilotes en Mécanique (Synchroniseur, Carter cylindre, Bielle, Vilebrequin, Culasse et Liaison au sol). Ce travail a abouti à une maquette de description d’une spécification géométrique ISO et à une maquette guide méthodologique pour l’écriture de spécifications ISO. Des fonction permettent de gérer la traçabilité des différentes informations. Un modèle de données UML a été mis en oeuvre dans le cadre de ce projet. La suite des travaux concerne la formalisation d’une méthodologie de spécification géométrique des états intermédiaires des pièces fabriquées ainsi que la gestion des variations géométriques des produits à travers la modélisation, l’échange et le partage des données via le web.

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* INTERNATIONAL

Joint program with the University of Kaiserslautern (Germany)

Joint program

The research institute directed by Prof. L. Litz (Institute of Automation Techniques) at the University of Kaiserslautern has many common topics with LURPA within the field of Discrete-Event Systems (DES). More precisely, our two laboratories work on formal approaches for the specification, analysis and verification of DES. Two joint Ph.D. theses (S. Klein in 2005 and M. Roth in 2010) have already been done. The topic of these two Ph.D. theses was "Model-based diagnosis and identification of Finite State Automata as a model for DES". A third joint Ph.D. thesis is in progress (M. Danancher, started on September 2010) which focuses on the adaptation of a Fault Detection and Isolation approach to the detection of health problems in the context of Ambient Assisted Living.

Leader: Jean-Jacques Lesage

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* INTERNATIONAL

Cooperation with the CIATEQ Center (Mexico)

Joint program

The CIATEQ Advanced Technology Center is a Mexican research organization under the joint supervision of the Mexican Education Ministry and the National Council for Science and Technology (CONACYT). Its mission is twofold: accompany Mexico's industrial growth by introducing new technologies and conducting the research necessary for the scientific assimilation of these technologies. CIATEQ displays particularly strong skills in the field of manufacturing systems automation.
In April 2002, LURPA signed a cooperative protocol agreement with CIATEQ in the area of Discrete-Event Systems. The first stage in this cooperation has consisted of the Ph.D. work conducted by A. Medina under the co-supervision of the two organizations; this work focuses on DES control synthesis by means of an algebraic expression of functional constraints

Leader: Jean-Jacques Lesage

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* PREMIUM

Plateforme de REcherche Mutualisée pour l’Innovation en Usinage Multiaxes

Research project

L’objectif du projet PREMIUM est de mettre au point une commande numérique ouverte pour le pilotage optimal d’un centre d’usinage 5 axes. Cette commande numérique ouverte, développée conjointement entre le LURPA et Supélec, nous permettra de nous affranchir des commandes numériques industrielles dont les performances et l’ouverture sont limitées.
Dans un premier temps, l’objectif est de créer la plateforme d’essai et de reproduire les modèles standard déjà présents dans les commandes numériques industrielles. Il sera ainsi possible ensuite d'intégrer de nouveaux formats de description des trajectoires d’usinage, de nouvelles lois d’interpolation ainsi que des nouvelles lois de commandes prédictives.
Nous souhaitons donc intervenir sur les trois niveaux fondamentaux d’une commande numérique :

  • Au niveau de l’interpréteur des trajectoires
  • Au niveau de l’interpolateur des trajectoires
  • Au niveau des lois de commande d’asservissement

Site Web du projet

Logo lurpa   Logo ENS Cachan   Logo Université Paris Sud   Logo Supélec   Logo Ile de France   Logo Digiteo  

Leader: Christophe TOURNIER, Didier DUMUR

Contact: christophe.tournier@lurpa.ens-cachan.fr

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* PRISME

Platform for behavioral identification and performance evaluation of discrete-event systems

Project

The objectives behind the "PRISME" project pertain to measuring the performance of industrial control equipment (temporal performance and behavioral determinism testing) and deriving a behavioral model of logic systems by identification. The specificities of this experimental platform are as follows:

  • Flexibility of the platform by virtue of simple and rapid connections to the industrial equipment as well as by centralization of all signals onto a static relay assembly that allows for quick cabling, thus responding to the needs of each individual experimental set-up;
  • Interfacing and insulation of the electrical signals throughout the set of industrial equipment;
  • Computer equipment and measurement instrumentation hooked up by an IP and GPIB network for easily-automated experiments;
  • Mobility and compactness of the platform for placement at the foot of installations during operations.

Leader: Olivier De Smet

Contact: prisme@lurpa.ens-cachan.fr

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* SIMOP

Synergy Simulation and Parameterized Model-Checking

Joint program

The objective of this collaborative project between LSV and LURPA is to evaluate performances of a distributed control architecture affected by failures and to estimate value range of architecture parameters which guarantees expected performances. The various operating modes (nominal mode, various configurations of degraded mode) will be taken into account.

To achieve this goal we will use the parametrized and timed model-checking due to its capacity to give both quantitative and guaranteed results on architecture parameters. However its implementation is generally limited by intrinsic complexity of the problem. In order to avoid it we will use first simulation results to limit state-space of research for model-checking. Thus parametrized and timed model-checker will be driven by simulation results.

Leader: Olivier De Smet (LURPA), Laurent Fribourg (LSV)

Partner:

  • LSV - ENS Cachan (France) [lien]

Members:

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* TELOCO

TEst of LOgical Controllers

Research project

The aim of the TeLoCo project is to develop formal methods for conformance test of logic systems whose specifications are given in industrial standardized languages. To meet this objective, models transformation techniques to build formal DES (discrete event systems) models from standardized descriptions, without semantics loss, have been first proposed by using an algebraic approach. On these bases, a software tool has been then developed to build test sequences from Grafcet specifications. These sequences may be then executed on a specific test-bench to validate soft or hard programmable logic controllers.

Leader: Jean-Marc ROUSSEL

Contact: jean-marc.roussel@lurpa.ens-cachan.fr

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* TESTEC

(available only in french) Test des Systèmes Temps réel Embarqués Critiques

Joint program

(available only in french) Génération automatique de tests à partir de modèles pour systèmes temps réel embarqués critiques

Il existe une large classe de systèmes embarqués temps réel dont les caractéristiques sont partagées par plusieurs industriels, notamment de l’énergie et des transports, tels que les systèmes de contrôle-commande mis en œuvre par EDF, dans les centrales de production d’énergie électrique. Ces systèmes possèdent en effet les caractéristiques communes suivantes :

  • Ils doivent assurer conjointement des fonctions de commande de systèmes logiques (gestion de sécurités, d’actionneurs, de modes de fonctionnement, …) et de systèmes continus (régulation de processus, …) ainsi que des fonctions de dialogue homme-machine et de communication.
  • Ils manipulent un très grand nombre de données de nature différente (variables logiques, entiers, flottants, …).
  • La diversité des fonctions qu’ils assurent conduit à l’utilisation, lors de leur développement, de plusieurs langages de spécification (diagrammes fonctionnels logiques et analogiques, réseaux de Petri, UML) et d’implantation (langages de l’informatique temps réel comme C, C++, langages métier de l’automatique, tels ceux des normes CEI 61131-3 et CEI 61499, par exemple le Ladder Diagram, ou langages de l’électronique comme VHDL).
  • Ils sont éminemment critiques.

Le premier verrou technologique que cherche à lever le projet TESTEC est l’optimisation de ces techniques pour les projets de grande taille, notamment par une gestion explicite du temps dans les modèles et par la gestion des variables continues et discrètes d’une application hybride.

Le second verrou technologique que cherche à lever le projet TESTEC est donc la réduction de la taille des tests déduits des modèles de spécification en utilisant les résultats de vérifications formelles conduites sur des réalisations ou des modèles d’implantation. L’objectif du projet est de proposer un démonstrateur de génération et d’exécution automatique de tests basé sur des environnements existants et intégrant les résultats scientifiques du projet.

Le projet TESTEC constitue un projet de recherche industrielle qui réunit deux industriels : un utilisateur et un éditeur de logiciel pour l’ingénierie des systèmes embarqués temps réel et les automatismes industriels, et quatre laboratoires d’automatique et d’informatique. Ces partenaires possèdent des compétences complémentaires en vérification formelle, génération automatique et exécution de tests sur des bancs temps réel, et ont tous l’expérience de recherches coopératives dans le cadre d’AS, d’ACI, ou de projets RNTL par exemple.

Les résultats principaux du projet TESTEC seront des méthodes et des technologies accessibles via la plate-forme ECLIPSE. Il convient de souligner qu’en outre la présence dans le projet d’un éditeur de logiciel (TNI Software) garantit le transfert de ces résultats du projet dans d’autres domaines applicatifs relevant du thème Systèmes embarqués.

Leader: Jean-Marc FAURE

Contact: jean-marc.faure@lurpa.ens-cachan.fr

Partner:

  • [lien]
  • [lien]
  • [lien]
  • [lien]
  • [lien]
  • Geensoft [lien]

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* USIQUICK

Research project

(available only in french) L'objectif du projet USIQUICK, labellisé par le Réseau National des Technologies Logicielles (RNTL), est de développer un logiciel d’industrialisation automatique de toute pièce mécanique réalisée par fraisage.

Les fonctions essentielles sont :

  • Création semi-automatique de la gamme de fabrication
  • Génération assistée des outillages
  • Génération automatique du parcours d ’usinage et simulation d ’enlèvement de matière
  • Génération automatique de la documentation.

Le projet regroupe :

  • un utilisateur représentatif du domaine de la mécanique : Dassault Aviation, maître d’ouvrage
  • un leader mondial de la CFAO, premier fournisseur de solutions globales de gestion du cycle de vie du produit 3D : Dassault Systèmes, maître d'oeuvre
  • cinq laboratoires leaders dans le domaine de la Productique : CRAN Nancy, LURPA ENS Cachan, L3S Grenoble, IRCCyN Centrale Nantes, LGIPM ENSAM Metz
  • un centre d ’expertise : CETIM

Dans ce projet, le LURPA s'intéresse plus particulièrement à l'usinage des formes complexes, sous le point de vue de la précision des trajectoires et à la gestion de toutes les tolérances de fabrication. Les recherches ont commencé en janvier 2003.

Partner:

  • CETIM (France) [lien]
  • CRAN - Nancy I (France) [lien]
  • IRCCyN - EC Nantes (France) [lien]
  • L3S - INP Grenoble (France) [lien]
  • LGIPM - ENSAM Metz (France)
  • LURPA- ENS Cachan (France) [lien]

Sponsor:

  • Dassault Aviation (France)
  • Dassault Système (France)

Publications [lien]