Pilotage par approche holonique d'un système de production de vitres de sécurité feuilletées

par Pascal Blanc

Thèse de doctorat en Automatique et informatique appliquée

Sous la direction de Isabel Demongodin et de Pierre Castagna.

Soutenue en 2006

à Nantes .


  • Résumé

    Dans un contexte international de plus en plus compétitif, les entreprises ont constamment besoin d’adapter et d’optimiser leurs outils industriels en vue d’augmenter leur productivité. En particulier, le pilotage d’une ligne de production est évalué en fonction de paramètres de coût et de délais, qui contribuent à définir le rendement et donc la compétitivité d’une entreprise. Le besoin accru de flexibilité, d’agilité et d’efficacité des systèmes de production se traduit par une complexité grandissante de ces systèmes et une nécessité d’intégration. Ces nécessités sont illustrées par l’utilisation d’un cas industriel de production de vitres de sécurité feuilletées qui a valeur d’exemple de pilotage de systèmes de production. Au sein de ce pilotage, beaucoup de questions se ramènent à résoudre des problèmes d’ordonnancement et/ou d’optimisation où les données dynamiques sont nombreuses et variées et se renouvellent en permanence. Dans cette thèse, nous illustrons l’utilisation d’une structure holonique pour réaliser le pilotage d’un tel système industriel de production. Cette structuration du système de production permet d’appréhender une réalité sur laquelle beaucoup d’approches font l’impasse : la nature hiérarchique et hétérarchique de la prise de décision au sein des systèmes de production, ainsi que la réalité physique de ces systèmes. L’utilisation de la structure holonique permet ainsi la construction d’un pilotage évolutif et réactif, tout en autorisant de considérer des aspects globaux dans le système de production. L’utilisation de l’architecture de référence PROSA, basée sur une typologie des éléments du système de production : produits, ressources, ordres, et centres de décision spécialisés (hiérarchisés ou fonctionnels), nous permet d’identifier et de définir les rôles et comportements macro des éléments du pilotage. Pour cette architecture, nous proposons l’utilisation de mécanismes qui permettent de synchroniser les réalisations du point de vue des ordres de production. Ces mécanismes garantissent la disponibilité des composants pour la production des composés et permettent de fixer des contraintes de temps pour l’ordonnancement des opérations. D’autre part nous proposons une typologie des holons Ressource, basée sur les caractéristiques des opérations qu’ils réalisent : approvisionnement, transformation, assemblage et désassemblage. Des heuristiques spécifiques à chaque holon Ressource permettent de réaliser l’ordonnancement de ceux-ci, en prenant en compte les modèles propres à chacun d’eux ; il s’agit par exemple d’apporter des solutions au problème d’ordonnancement/optimisation dans le cas de la découpe de matière première. Ces mécanismes et algorithmes sont implémentés au sein d’un système multi-agents, lequel est l’objet de l’implémentation de ce pilotage. Enfin, pour l’évaluation de ce système de pilotage, l’utilisation de la simulation à évènements discrets est proposée en tant qu’émulateur du système physique. Cette solution permet de résoudre les problèmes de redondance dans l’implémentation du système de pilotage, autorise la réutilisation des objets du modèle de simulation, et permet la capitalisation de l’effort de développement, puisque le système évalué est le même que celui utilisé dans l’environnement réel. Finalement, le système de pilotage, ou MES (Manufacturing Execution System), ainsi réalisé est intégré au système de gestion de l’entreprise, et est interfacé d’une part avec le module de gestion de haut niveau (ERP – Enterprise Ressource Planning), et d’autre part avec le système physique duquel il s’alimente.


  • Résumé

    In an everyday more competitive environment, firms constantly need to adapt and optimise their industrial tools, to increase their competitiveness. In particular, the control of manufacturing systems is evaluated in terms of cost and time parameters, which contribute to assess the return, and so the competitiveness of a firm. The increasing needs for flexibility, agility and efficiency result in a growing complexity of manufacturing systems and a necessity of integration of their control. These requirements are illustrated by an industrial case which is proposed as an example for manufacturing system control design. Within this manufacturing control system, problems are identified as scheduling and/or optimisation problems, for which dynamic data are numerous and miscellaneous and are constantly updated. In this dissertation, we illustrate the use of a holonic structure to perform the control of such an industrial manufacturing system. Such a structure makes possible to consider a reality left out by many other approaches: the hierarchical and heterarchical nature of decision-making within manufacturing systems, as well as the physical reality of these systems. Thus, the use of a holonic structure allows for building a reactive and configurable control, while considering global aspects of the manufacturing system. The use of the PROSA architecture is based on a typology of the manufacturing system elements: products, resources, orders and specialised decision-making centres (hierarchical and/or functional). It allows us to identify and define the roles and behaviours of the manufacturing control elements. For this architecture, we propose the use of mechanisms to synchronize the execution of manufacturing orders. These mechanisms guarantee the availability of components and enable to impose limit time constraints on task scheduling. On the other hand, we propose a typology of Resource holons, based on characteristics of the tasks that they perform: supply, conversion, assembly or disassembly. For each type of Resource holon, specific heuristics are used to solve the tasks scheduling problem, taking into account the own model of each one. For instance, a specific heuristic generates a solution to the scheduling/packing problem in the case of a raw material cutting machine. These mechanisms and algorithms are implemented within a multi-agents system, which supports the development of the manufacturing control system. To evaluate this manufacturing control, the use of discrete-event simulation is proposed as an emulator of the physical system. This proposition makes possible to solve problems of redundancy during the development of manufacturing control, permits to reuse objects of the simulation model, and allows some savings in the development effort, since the manufacturing execution system evaluated is the same as the one used in the real context. Finally, this manufacturing execution system (MES) is integrated to the management system of the firm, as it interfaces the enterprise resource planning (ERP), and the physical system.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (137 f.)
  • Annexes : Bibliographie p. 132-137

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2006 NANT 2126
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.2204 bis
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