Système d`apprentissage pour l`aide à la supervision et au contrôle

Système d'apprentissage pour l'aide à la supervision et au contrôle d'activités humaines –
Application à la cuisson d'aliments
Learning system to support the supervision and the control of human activities –
Cooking application
Ecole Doctorale :
ED 72 SPI : Sciences Pour l’Ingénieur
Groupe de recherche : Laboratoire d'Automatique, de Mécanique, et d'Informatique industrielles et
Humaines - UMR CNRS 8530
Equipe "Systèmes Homme-Machine"
http://www.univ-valenciennes.fr/LAMIH/
Adresse : Le Mont Houy 59313 Valenciennes Cedex 9
Téléphone : 03.27.51.13.50 Télécopie : 03.27.51.13.16
Directeur de thèse :
Patrick Millot (LAMIH) [email protected]
Co-directeur de thèse : Frédéric Vanderhaegen (LAMIH) [email protected]
Mots-clés : Systèmes Homme-Machine, Affordance, Acquisition et Capitalisation des Connaissances, Résilience
Le sujet de recherche choisi et son contexte scientifique :
Le projet entend apporter un éclairage neuf et conséquent sur l’activité culinaire entendu comme une
technique réalisée dans le cadre d’un espace de travail. Notre projet de recherche s’attache aux outils culinaires
et à leur contribution dans la réalisation des activités dans des contextes distincts. La démarche s’inscrit dans une
double perspective ethnographique et science de l’ingénierie qui intègre dans le dispositif d’analyse les acteurs
industriels de l’innovation technologique dans ce domaine.
Le programme de recherche s’articule en trois étapes complémentaires. La première est une étude
d’ethnographie cognitive des activités culinaires dans la perspective d’une comparaison des formes de
compétences étalonnée autour de l’axe cuisines professionnelles – cuisines domestiques. L’approche privilégie
les savoirs et savoir-faire perceptifs et les opérations de distribution de la cognition dans la perspective des
interactions hommes – machines. Le deuxième axe concerne l’articulation au sein d’une problématique
méthodologique qui est privilégiée dans l’étude de l’activité située de la cuisine : l’enregistrement de données
vidéo et leur explicitation par l’entretien, et une réalité sociale de l’usage croissant des outils vidéo dans
l’apprentissage et la transmission de compétences culinaires.
Le troisième axe concerne l'acquisition, la capitalisation et la modélisation de la connaissance acquise relative
aux stratégies de cuisson replacées dans des contextes homme-machine, en vue du maquettage de nouveaux
outils (ou aides) éventuellement intelligents, adaptifs ou personnalisés. Ainsi, la modélisation de connaissances
issues d’experts observés pourra d’abord être réalisée à partir d’outils tels des réseaux de neurones, des arbres de
décision, des systèmes de raisonnement à base de cas ou des algorithmes génétiques. La représentation des
connaissances expertes devra intégrer les différents contextes environnementaux, gustatifs, sociétaux ou
individuels permettant une qualité de cuisson variée sous contrainte des critères liés au consommateur(s).
L’ensemble des informations nécessaires à la prise de décision finale ou au suivi de cuisson devra être identifié.
L’impact de l’incomplétude et l’incertitude sur ces données sera également étudié. Les principes de supervision
et de contrôle/commande de procédés appliqués à la conduite et au suivi de cuissons seront étudiés. Ceci
permettra d’envisager, de maquetter et évaluer l’apport d’outils de cuisson équipés d’aides multimédia.
L'état du sujet dans le laboratoire et l'équipe d'accueil :
Le concept d’affordance est intéressant car il met en avant les principes de perception directe et d’action
directe face à des opportunités d’actions et à un contexte opérationnel donné (Gibson, 1986). L’exploitation d’un
système peut en effet faire appel à ce genre de comportement naturel ou écologique. Le concept de résilience
(Hollnagel & Woods, 2006) est complémentaire car il fait appel à ces capacités de récupérations face à des
perturbations connues ou sans précédent. Dans ce cas, les systèmes à base de connaissance doivent être conçus
pour pouvoir s’adapter à différents types de situations : situations normales ou erronées, situations connues ou
sans précédents, etc. L’articulation entre résilience et affordances a déjà fait l’objet de travaux en coopération
homme-robot (Ziéba et al., 2007), et il est intéressant de compléter ces réflexions déjà menées pour les appliquer
à un cadre domestique où les situations nouvelles peuvent générer des comportements inadaptés et où les
situations très fréquentes peuvent générer des bonnes ou mauvaises pratiques. La capitalisation des
connaissances est alors un moyen efficace pour identifier les paramètres pertinents à la genèse de compétences et
de déterminer l’impact de l’incomplétude ou de l’incertitude de ces paramètres sur l’apprentissage. Différentes
approches sont envisageables pour cette étude : une approche statique où la connaissance d’expert est
implémentée dans un outil pédagogique pour apprendre une activité donnée, ou une approche dynamique où le
niveau de connaissance d’un individu évolue en fonction de son expérience. Plusieurs outils peuvent alors être
implémentés : réseaux de neurones, arbres de décision, raisonnement à partir de cas, systèmes de reconnaissance
de formes, algorithmes génétiques, etc. De même, différents modalités d’interaction homme-machine peuvent
être envisagées pour mettre en œuvre ces outils interactifs avec les utilisateurs : interface vocale, haptique,
tactile, etc. De telles associations permettent d’envisager des interactions homme-machine intelligente prenant en
compte différentes caractéristiques du contexte (Hariri et al., 2009).
Le programme:
Le troisième axe de ce projet comprend deux actions :
• une démarche d’acquisition, de capitalisation et de modélisation des connaissances. L’acquisition, la
capitalisation et la modélisation des connaissances constitue un domaine à part entière, riche en concepts,
modèles, méthodes et outils (Dieng, 1993 ; Caulier, 1997 ; Dieng et al., 2000, Zacklad et Grundstein, 2001).
• un maquettage de nouveaux concepts liés à des interactions homme-machine dans des contextes mettant en
œuvre des techniques culinaires.
Les retombées scientifiques et économiques attendues :
Un des enjeux économiques de ce projet est d’appliquer des concepts développés en supervision et
contrôle de procédés industriels tels que les systèmes de production ou les systèmes de transport à la conduite et
au suivi de cuisson d’aliments. De plus, la prise en compte de modèles comportementaux humains est l’objet de
nombreuses études et l’implémentation de ces modèles permet de spécifier des systèmes homme-machine
adaptés aux besoins de leurs utilisateurs, voire anticipant sur ceux-ci (Kolski, 1997 ; 2001a et 2001b) ou même
tolérants aux erreurs humaines (Vanderhaegen, 2003, Millot,Vanderhaegen, 2008). Les concepts d’apprentissage
via les erreurs d’un utilisateur ou via l’interaction entre systèmes pourront être étudiés à partir d’interfaces
multimodales pouvant posséder des capacités d’adaptation, de personnalisation, de sensibilité au contexte (au
sens de (Dey, 2001)).
Les collaborations prévues, et la liste des publications portant directement sur le sujet :
Ce projet doit permettre la collaboration avec le groupe SEB dans le cadre d’un projet ANR sciences,
technologies et savoirs en société intitulé : "Ethnographie des usages domestiques et professionnels des outils
culinaires. Comment transmettre l'expertise culinaire ?"
Bibliographie :
Caulier, Patrice. 1997. Méthodologie de capitalisation et de réutilisation de connaissances pour l’aide à la
supervision des procédés automatisé complexes. Thèse de doctorat, Université de Valenciennes et du
Hainaut-Cambrésis, Janvier 1997.
Dey, Anind K. 2001. Understanding and Using Context. Special issue on Situated Interaction and Ubiquitous
Computing, Personal and Ubiquitous Computing., 5(1), pp. 4–7.
Dieng, Rose, Corby, Olivier, Giboin, Alain. 2000. Méthodes et outils pour la gestion des connaissances. Paris :
Dunod.
Dieng, Rose. 1993. Méthodes et outils d'acquisition des connaissances. In "L'ergonomie dans la conception des
projets informatiques", J.C. Sperandio (Ed.), pp. 335-411, Octares Editions, Toulouse.
Gibson, James J. The ecological approach to visual perception. Lawrence. Erlbaum Associates, Hillsdale, New
Jersey, 1986. Originally published in 1979.
Hariri, Anas., Lepreux, Sophie, Tabary, Dimitri, Kolski, Christophe (2009). Principes et étude de cas
d'adaptation d’IHM dans les SI en fonction du contexte d'interaction de l'utilisateur. Ingénierie des
Systèmes d'Information (ISI), 3, pp. 1-26.
Hollnagel, Erik. & Woods D.D., “Epilogue: Resilience engineering precepts”. In E. Hollnagel, D.D. Woods, N.
Leveson (Eds.). “Resilience Engineering:Concepts and Precepts”, Ashgate, 2006.
Kolski, Christophe. 1997. Interfaces homme-machine, application aux systèmes industriels complexes (2ème
édition). Hermès, Paris, ISBN 2-86601578-9.
Kolski, Christophe. 2001a. Analyse et conception de l'IHM, Interaction Homme-Machine pour les Systèmes
d'Information, vol. 1. Hermès, Paris, ISBN 2-7462-0239-5.
Kolski, Christophe. 2001b. Environnements évolués et évaluation de l'IHM, Interaction Homme-Machine pour
les Systèmes d'Information, vol. 2. Hermès, Paris, ISBN 2-7462-0243-3.
Vanderhaegen, Frédéric. 2003. Analyse et contrôle de l’erreur humaine. Hermès Science Publications, Paris,
France, ISBN 2-7462-0722-2
Zacklad; Manuel, Grundstein, Michel. 2001. Ingénierie et capitalisation des connaissances. Paris : Hermès
science publications.
Zieba, Stéphane, Jouglet, David, Polet, Philippe, Vanderhaegen, Frédéric. 2007. Resilience and affordances:
perspectives for human-robot cooperation? Paper presented at the 26th European Annual Conference on
Human Decision Making and Manual Control, 21-22 June 2007, Copenhagen, Denmark
Millot, Patrick., Vanderhaegen, Frederic. 2008. Toward cooperative and human error tolerant systems, 17th IFAC
World Congress, Seoul , Korea July
Ce projet de thèse entre dans deux thématiques prioritaires ministérielles:
1. Mathématiques, STIC, Nanotechnologies et leurs interactions
1.e. Systèmes complexes
1.h. Automatique, productique, robotique, traitement du signal et des images
Avis des co-directeurs :
Ce projet de thèse propose de développer une approche intégrant facteurs humains et facteurs techniques
pour identifier, modéliser et simuler les comportements humains normaux et erronés dans un cadre applicatif
complexe original: la cuisson d'aliments. Les concepts de résilience et d'affordances des systèmes seront
largement étudiés afin 1) de déterminer les parades de récupération de perturbations connues ou inconnues et 2)
de déterminer l'impact de bonnes ou mauvaises pratiques sur la qualité de l'activité humaine. Des approches
innovantes seront donc proposées et validées afin de prendre en compte l'évolution de connaissances relatives
aux activités humaines individuelles et de proposer des parades en cas d'erreurs. Des outils automatisés seront
ensuite développés pour assister l'opérateur humain dans le cadre d'activités de supervision et de contrôle de
procédés. Ces recherches seront réalisées en collaboration avec l'équipe RAIHM du LAMIH compétente en
informatique et interaction homme-machine et le LASMIC (Laboratoire d’Anthropologie et de Sociologie
Mémoire, Identité et Cognition sociale) de l’université Nice Sophia Antipolis compétent en psychologie
cognitive et ethnologie. Le domaine d'application sera la supervision et le contrôle de cuisson d'aliments en
conditions normales et anormales, en collaboration avec un industriel de l'électroménager SEB et un centre de
recherche hôtelier : l’Institut Paul Bocuse.
Pour toutes ces raisons, nous donnons un avis extrêmement favorable au financement de cette thèse.
Frédéric VANDERHAEGEN et Patrick MILLOT