Sujet de Thèse
Titre :
Jumeau numérique pour l'interopérabilité cognitive des CPS
Dates :
2023/04/06 - 2026/04/05
Etudiant :
Encadrant(s) :
Autre(s) encadrant(s) :
NAUDET Yannick (yannick.naudet@list.lu)
Description :
Centré sur les sciences du numérique, le laboratoire CRAN (Centre de Recherche en Automatique, https://www.cran.univ-lorraine.fr) est reconnu internationalement pour ses activités dans les domaines du traitement du signal et de l'image, du contrôle et de l'ingénierie informatique. Il est également connu pour ses travaux dans le domaine de la santé en relation avec la biologie et les neurosciences. Aujourd'hui, ses recherches fondamentales et appliquées lui permettent d'accompagner les évolutions de la société et de dépasser les traditionnelles problématiques sociétales et industrielles.
Vous souhaitez apporter votre contribution en tant que doctorant ? Rejoignez notre département d'ingénierie des systèmes durables
Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche bilatéral entre le CRAN, le département ITIS de l'Institut des Sciences et Technologies du Luxembourg (LIST -http://www.list.lu), au Luxembourg, et la société ORISUN, Strasbourg, France, portant sur les applications de l'intelligence artificielle pour l'interopérabilité cognitive dans les entreprises cyber-physiques : AI4C2PS. Le candidat sera inscrit à l'Université de Lorraine (école doctorale IAEM Lorraine) en tant que doctorant et sera intégré dans le département de recherche ISET du CRAN avec une forte collaboration avec le groupe de recherche HUMOD d'ITIS/LIST. Le lieu de travail principal sera dans les bureaux du CRAN à Nancy, tandis qu'une partie du temps sera passée à Esch/Alzette, Luxembourg, dans les bureaux du LIST.
Le département Ingénierie des systèmes eco-techniques (ISET), avec ses 50 chercheurs et ingénieurs, étudie la transformation numérique des systèmes complexes durables, principalement dans les domaines d'application de l'industrie 4.0 (également appelée industrie du futur), des réseaux de communication, du transport, du bâtiment et de l'énergie, et le futur des jumeaux numériques (DT). Le salaire brut annuel moyen d'un expert en DT est de 190K¬ (source glassdoor.com, 2022) et le marché des jumeaux numériques devrait atteindre 183Mds¬ en 2031 (source Gartner). Les recherches de l'ISET portent sur le développement de méthodes, modèles et outils associés aux processus d'évaluation et de décision. Leur objectif : piloter, contrôler et maintenir et entretenir des systèmes d'intérêt, dans un cadre qui, au-delà des exigences de performance, de connectivité et de fonctionnement, prend également en compte les enjeux émergents de l'économie responsable.
Comment allez-vous contribuer ?
Les travaux récents sur les systèmes cyber-physiques cognitifs (C2PS) et les jumeaux numériques cognitifs (CDT) se concentrent sur l'introduction de fonctions d'intelligence artificielle (IA) dans les systèmes cyber-physiques afin de leur donner des capacités de raisonnement et d'apprentissage. Les rendre suffisamment intelligents pour devenir autonomes ou aider les humains à prendre des décisions. Le jumeau numérique (DT) est utilisé comme un outil pratique pour intégrer les fonctions cognitives et permettre des simulations avant de les appliquer au système réel. Un pas en avant pour l'interopérabilité cognitive consisterait à adopter une approche centrée sur l'homme, telle qu'elle est intégrée actuellement dans l'IA fiable, y compris la formalisation et l'explicabilité des connaissances pour une meilleure compréhension humaine. Au coeur de cette approche se trouve la combinaison de l'IA symbolique, fondée sur le raisonnement par connaissances/règles et les méthodes statistiques, et de l'IA par apprentissage automatique, fondée sur les réseaux neuronaux, ce qui conduit à l'IA neuro-symbolique et à l'informatique neuro-symbolique, nouvelles tendances considérées par une partie de la communauté des chercheurs sur l'avenir de l'IA. Les expériences réalisées jusqu'à présent avec l'apprentissage profond ont mis en évidence les deux principaux avantages des approches neuro-symboliques : moins de données d'entraînement sont nécessaires, et le processus de raisonnement et ses conclusions sont explicables et compréhensibles pour les humains. Enfin, ces approches permettent de construire des systèmes d'IA qui sont sémantiquement solides, explicables et dignes de confiance. Compte tenu de ces capacités, les approches neuro-symboliques ont un fort potentiel pour construire des C2PS interopérables, avec des interactions adaptatives entre les C2PS et les travailleurs humains, et des reconfigurations automatisées des C2PS compréhensibles pour le superviseur humain grâce à une IA explicable. C'est ce que nous étudions dans le projet AI4C2PS comme une étape vers l'interopérabilité cognitive, en nous appuyant sur le concept CDT.
Le candidat au doctorat analysera et démontrera comment combler le fossé entre la réalité et l'émulation des interactions CPS-CPS et CPS-HUMAIN, pour formaliser une "interopérabilité cognitive" dans l'entreprise cyber-physique (CPE). Pour assurer l'interopérabilité sémantique entre les différents composants et pour construire l'interopérabilité cognitive par-dessus, des normes industrielles seront identifiées et utilisées si nécessaire. Le projet sera dirigé par des pilotes, qui (1) alimenteront les tâches de recherche en donnant accès aux exigences et aux données du monde réel et (2) offriront la possibilité de déployer et d'évaluer les technologies développées à partir des travaux de recherche dans des environnements de production réels. Pour valider la capacité d'intégration, les technologies développées seront intégrées dans la plate-forme existante d'Orisun. Cette intégration créera un Proof-Of-Concept (POC) complet pour notre vision d'une plateforme CPE mettant en oeuvre l'architecture de haut niveau. Ce POC sera déployé et validé dans des scénarios réels. Notre pilote français sera l'AIPL S.MART, une plateforme et un atelier Smart industry 4.0 à l'UL.
Activités
- Participation au projet AI4C2PS en tant que membre à part entière, en intégrant les modèles, algorithmes et prototypes en collaboration avec l'équipe de chercheurs du projet et la société Orisun
- Présentation d'articles lors de conférences universitaires
- Rédaction de documents de recherche et publication d'articles dans des revues à comité de lecture
- Rédaction d'une thèse de doctorat dans le domaine de l'ingénierie informatique
- Participation aux activités de sensibilisation de CRAN, LIST et ORISUN.
Vous souhaitez apporter votre contribution en tant que doctorant ? Rejoignez notre département d'ingénierie des systèmes durables
Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche bilatéral entre le CRAN, le département ITIS de l'Institut des Sciences et Technologies du Luxembourg (LIST -http://www.list.lu), au Luxembourg, et la société ORISUN, Strasbourg, France, portant sur les applications de l'intelligence artificielle pour l'interopérabilité cognitive dans les entreprises cyber-physiques : AI4C2PS. Le candidat sera inscrit à l'Université de Lorraine (école doctorale IAEM Lorraine) en tant que doctorant et sera intégré dans le département de recherche ISET du CRAN avec une forte collaboration avec le groupe de recherche HUMOD d'ITIS/LIST. Le lieu de travail principal sera dans les bureaux du CRAN à Nancy, tandis qu'une partie du temps sera passée à Esch/Alzette, Luxembourg, dans les bureaux du LIST.
Le département Ingénierie des systèmes eco-techniques (ISET), avec ses 50 chercheurs et ingénieurs, étudie la transformation numérique des systèmes complexes durables, principalement dans les domaines d'application de l'industrie 4.0 (également appelée industrie du futur), des réseaux de communication, du transport, du bâtiment et de l'énergie, et le futur des jumeaux numériques (DT). Le salaire brut annuel moyen d'un expert en DT est de 190K¬ (source glassdoor.com, 2022) et le marché des jumeaux numériques devrait atteindre 183Mds¬ en 2031 (source Gartner). Les recherches de l'ISET portent sur le développement de méthodes, modèles et outils associés aux processus d'évaluation et de décision. Leur objectif : piloter, contrôler et maintenir et entretenir des systèmes d'intérêt, dans un cadre qui, au-delà des exigences de performance, de connectivité et de fonctionnement, prend également en compte les enjeux émergents de l'économie responsable.
Comment allez-vous contribuer ?
Les travaux récents sur les systèmes cyber-physiques cognitifs (C2PS) et les jumeaux numériques cognitifs (CDT) se concentrent sur l'introduction de fonctions d'intelligence artificielle (IA) dans les systèmes cyber-physiques afin de leur donner des capacités de raisonnement et d'apprentissage. Les rendre suffisamment intelligents pour devenir autonomes ou aider les humains à prendre des décisions. Le jumeau numérique (DT) est utilisé comme un outil pratique pour intégrer les fonctions cognitives et permettre des simulations avant de les appliquer au système réel. Un pas en avant pour l'interopérabilité cognitive consisterait à adopter une approche centrée sur l'homme, telle qu'elle est intégrée actuellement dans l'IA fiable, y compris la formalisation et l'explicabilité des connaissances pour une meilleure compréhension humaine. Au coeur de cette approche se trouve la combinaison de l'IA symbolique, fondée sur le raisonnement par connaissances/règles et les méthodes statistiques, et de l'IA par apprentissage automatique, fondée sur les réseaux neuronaux, ce qui conduit à l'IA neuro-symbolique et à l'informatique neuro-symbolique, nouvelles tendances considérées par une partie de la communauté des chercheurs sur l'avenir de l'IA. Les expériences réalisées jusqu'à présent avec l'apprentissage profond ont mis en évidence les deux principaux avantages des approches neuro-symboliques : moins de données d'entraînement sont nécessaires, et le processus de raisonnement et ses conclusions sont explicables et compréhensibles pour les humains. Enfin, ces approches permettent de construire des systèmes d'IA qui sont sémantiquement solides, explicables et dignes de confiance. Compte tenu de ces capacités, les approches neuro-symboliques ont un fort potentiel pour construire des C2PS interopérables, avec des interactions adaptatives entre les C2PS et les travailleurs humains, et des reconfigurations automatisées des C2PS compréhensibles pour le superviseur humain grâce à une IA explicable. C'est ce que nous étudions dans le projet AI4C2PS comme une étape vers l'interopérabilité cognitive, en nous appuyant sur le concept CDT.
Le candidat au doctorat analysera et démontrera comment combler le fossé entre la réalité et l'émulation des interactions CPS-CPS et CPS-HUMAIN, pour formaliser une "interopérabilité cognitive" dans l'entreprise cyber-physique (CPE). Pour assurer l'interopérabilité sémantique entre les différents composants et pour construire l'interopérabilité cognitive par-dessus, des normes industrielles seront identifiées et utilisées si nécessaire. Le projet sera dirigé par des pilotes, qui (1) alimenteront les tâches de recherche en donnant accès aux exigences et aux données du monde réel et (2) offriront la possibilité de déployer et d'évaluer les technologies développées à partir des travaux de recherche dans des environnements de production réels. Pour valider la capacité d'intégration, les technologies développées seront intégrées dans la plate-forme existante d'Orisun. Cette intégration créera un Proof-Of-Concept (POC) complet pour notre vision d'une plateforme CPE mettant en oeuvre l'architecture de haut niveau. Ce POC sera déployé et validé dans des scénarios réels. Notre pilote français sera l'AIPL S.MART, une plateforme et un atelier Smart industry 4.0 à l'UL.
Activités
- Participation au projet AI4C2PS en tant que membre à part entière, en intégrant les modèles, algorithmes et prototypes en collaboration avec l'équipe de chercheurs du projet et la société Orisun
- Présentation d'articles lors de conférences universitaires
- Rédaction de documents de recherche et publication d'articles dans des revues à comité de lecture
- Rédaction d'une thèse de doctorat dans le domaine de l'ingénierie informatique
- Participation aux activités de sensibilisation de CRAN, LIST et ORISUN.
Mots clés :
Intelligence Artificielle, systèmes cognitifs, systèmes cyber-physiques, jumeaux numériques
Département(s) :
| Modélisation Pilotage des Systèmes Industriels |
Publications :
