Modèles Probabilistes de Séquences Temporelles et Fusion de Décisions. Application à la Classification de Défauts de Rails et à leur Maintenance

Probabilistic Models for temporal sequences and fusion of decisions. Application to the classification of rail defects and their maintenance

• Auteur / Autrice : Abdeljabbar Ben Salem
• Direction : Benoît Iung, Patrice Aknin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du Signal et Génie Informatique
• Date : Soutenance le 07/03/2008
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : IAEM - Ecole Doctorale Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy) - Institut National de Recherche sur les Transports et leur Sécurité (LTN-INRETS)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Iung, Patrice Aknin, Pierre Henri Wuillemin, Didier Theillol, Laurent Bouillaut, Philippe Weber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Berenguer, Philippe Leray

Mots clés

Mots clés contrôlés

Statistique bayésienne

Markov, Processus de

Systèmes d'aide à la décision

Entretien et réparations

Voies ferrées

Mots clés libres

Processus décisionnels de Markov

Résumé

Par rapport aux différentes composantes du MCO (Maintien en Conditions Opérationnelles) d’un système industriel, ces travaux de thèse, initiés dans le cadre d'un partenariat entre l'INRETS et le CRAN, portent plus spécifiquement sur le processus de maintenance dans un contexte applicatif dédié à la maintenance des voies ferrées. En effet, les exploitants ferroviaires, ayant pour priorité d’améliorer sans cesse la sécurité et le bien-être des passagers, cherchent actuellement à faire évoluer leur politique de maintenance, d’une politique essentiellement corrective ou exécutée à intervalles de temps prédéterminés, vers une politique plus conditionnelle voire prévisionnelle et à moindre coût. Dans cette nouvelle dimension, la maintenance des rails ne doit plus être limitée à la seule vision du composant (portion de rail) siège de la défaillance mais à l'étude du système dans sa globalité (système à n-composants). Les décisions relatives à la maintenance ne sont donc plus isolées de leur contexte et s'inscrivent dans un continuum Surveillance - Diagnostic - Aide à la décision. Face à ce besoin industriel et aux enjeux scientifiques qui s’y réfèrent, notre contribution porte premièrement sur une approche originale de diagnostic (approche hybride) qui se base sur une fusion de deux sources d'informations de natures différentes : Approche Locale (capteur à courants de Foucault) et Approche Globale. Dans ce cadre, les RBD ont été utilisés pour développer des modèles stochastiques facilitant la classification des points singuliers de la voie. La fusion entre ces modèles et l’approche basée sur le traitement des données mesurées en un point précis du rail a été réalisée par fusion bayésienne naïve. Le résultat de cette fusion est repris comme point d’entrée du processus d’aide à la décision, pour lequel nous avons proposé, deuxièmement, une méthode générique pour l’optimisation de la maintenance conditionnelle des systèmes à N-composants. Cette proposition se base sur une combinaison des réseaux bayésiens dynamiques et des MDP (Markov Decision Processes) afin de pouvoir modéliser les systèmes à N-composants de façon factorisée. Notre démarche a été illustrée d’abord par un exemple académique pour mettre en évidence sa faisabilité puis elle a été appliquée dans le cadre de l’optimisation de la maintenance des défauts surfaciques du rail.

Compared to the various activities of “Keeping the Operational Conditions” of an industrial system, these PhD, initiated in the framework of a partnership between the INRETS and CRAN, is focusing on the maintenance process with an application context dedicated to the maintenance of the railway. Railway firms, with the priority of improving the safety and welfare of passengers, are seeking to adjust their maintenance policy which is nowadays primarily corrective or executed at a predetermined time interval, to a more conditional or predictive planning with a minimum of costs. In this new context, rails maintenance should no longer be limited to the vision of the isolated component (portion of rail), but to the study of the whole system failure (N-components system). Therefore, maintenance decisions are no longer isolated from their context and exist on a continuum Surveillance - Diagnostic - Decision making. In response to these industrial needs and its scientific issues, our contribution focuses first on an original approach of diagnosis (hybrid approach), which is based on a fusion of two different information sources: Local Approach (sensor eddy currents) and Global Approach. RBD have been used to develop probabilistic models to for the classification of singular points of the track. The fusion between these models and the local approach was produced by naive Bayes fusion method. The result of this fusion constitutes the input of decision making process, for which we have proposed, secondly, a generic methodology for optimizing conditional based maintenance of N-components systems. Our approach is based on a combination of dynamic Bayesian networks and MDP (Markov Decision Processes) to be able to model N-components systems in a factored way. This new proposal was illustrated by a first instance academic to highlight its feasibility then it has been applied in the framework of the optimization of maintenance of the surface defects rail.