Contributions à la détection et au diagnostic de fautes dans les systèmes par réseaux Bayésiens

Contributions to fault detection and diagnosis in systems by Bayesian networks

• Auteur / Autrice : Mohamed Amine Atoui
• Direction : Abdessamad Kobi, Sylvain Verron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, productique
• Date : Soutenance le 29/09/2015
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LARIS. Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (EA7315) - Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (LARIS) - Laboratoire angevins de recherche en ingénierie des systèmes (EA 7315) / LARIS
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Thiriet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Teodor Tiplica
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Pérès, Didier Theilliol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Statistique bayésienne

Mots clés libres

Détection et diagnostic de fautes

Réseaux Bayésiens

Réseaux conditionnels Gaussiens

Statistiques

Classification supervisée

Faults detection and diagnosis

Bayesian networks

Conditional Gaussian networks

Statistics

Supervised classification

Résumé

Les fautes systèmes peuvent conduire à des conséquences sérieuses pour l’humain, l’environnement et le matériel. Or, y remédier peut s’avérer coûteux voire même dangereux. Ainsi, afin d’éviter ces situations, il est devenu essentiel pour les systèmes complexes modernes de détecter et d’identifier tout changement dans leur fonctionnement nominal avant que cela ne devienne critique. De ce fait, plusieurs méthodes de détection et de diagnostic ont été proposées ou améliorées durant les dernières décennies. Parmi ces méthodes, celles présentant un fort intérêt se basent sur un outil statistique et probabiliste nommé réseau Bayésien. Toutefois, la majorité d’entre elles ne tiennent pas compte du risque de fausse alarme dans leur prise de décision. L’intérêt de cette thèse est alors d’introduire sous réseau Bayésien des limites probabilistes permettant le respect d’un niveau de signification considéré. Plus exactement, nous proposons une modélisation des statistiques quadratiques et les limites leurs correspondant sur réseau Bayésien. Ceci nous permet de généraliser sous réseau Bayésien des schémas de détection de fautes comme par exemple ceux basés sur l’analyse en composantes principale. Cette modélisation nous permet également de proposer une famille de réseaux Bayésiens permettant de faire de la détection et du diagnostic de façon simultanée, tout en tenant compte d’un rejet de distance. Enfin, nous proposons un cadre probabiliste permettant d’unifier les différents réseaux Bayésiens pouvant être utilisés pour la détection ou le diagnostic de fautes.

Systems failures can potentially lead to serious consequences forhuman, environment and material, and sometimes fixing them could be expensive and even dangerous. Thus, in order to avoid these undesirable situations, it becomes very important and essential for modern complex systems to detect and identify any changes in their nominal operations before they become critical. To do so, several detection and diagnosis methods have been proposed or enhanced during the last decades. Among these methods, those with a great interest are based on a statistical and probabilistic tool named Bayesian network. However, the majority of these methods do not handle the risk of false alarm in their decision-making. The interest of this thesis is to introduce, under Bayesian network, probabilistic limits able to respect a given significance level. More precisely, we propose to model the quadratic statistics and their limits in Bayesian network. This allows us to generalize under Bayesian network fault detection schemes as those associated to the principal component analysis. This modeling allows us also to propose a family of Bayesian networks that can make detection and diagnosis simultaneously, while taking into account the distance rejection.Finally, we propose a probabilistic framework able to unify different BNs dedicated to the detection or diagnosis of systems faults.