Contribution à l'évaluation de la reconfigurabilité et réorganisabilité d'un micro système de production : application à une micro-usine d'assemblage

Contribution to the assessment of reconfigurability and reorganisability in micro production system : application to an assembly microfactory

• Auteur / Autrice : Eric Descourvières
• Direction : Philippe Lutz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thèses et écrits académiques

Microtechniques

Résumé

Les travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre de la conception des systèmes de production / assemblage pour les produits de taille micrométrique, appelés micro-produits. Il s'agit de produits constitués de composants de taille submillimétrique, si bien qu'il est difficile, voire impossible, de les observer à l'œil nu et encore de les manipuler précisément soit directement avec les doigts, soit avec un outillage manuel. FEMTO-ST, dans son équipe SAMMI - Systèmes Automatisés de Micromanipulation et de Micro assemblage - propose des solutions robotisées pour la manipulation et l’assemblage de ces micro-produits. Ces micro-robots sont conçus et réalisés pour tenir compte des forces en présence à cette échelle et les exploiter au mieux pour une manipulation dextre et précise. L'intégration de ces micro-robots pour concevoir des systèmes de production - nous traitons ici le problème du micro-assemblage - a fait émerger le concept de micro-usine. Au niveau international, nous avons pris un positionnement original en proposant une modularité non seulement au niveau des cellules de production mais également à l'intérieur de ces cellules. Cette modularité porte à la fois sur les structures physiques mais également sur les systèmes de commande et de supervision. Dans ce manuscrit, nous proposons d'étudier la pertinence de cette décomposition modulaire en fonction des conditions de production. Notamment, nous nous placerons dans le contexte de production changeante nécessitant réorganisation et / ou reconfiguration du système de production. Trois parties composent le travail de thèse. Nous avons établi une structure de micro-usine et une stratégie de commande dont nous avons identifié les propriétés. Nous avons ensuite formalisé une architecture des données. Enfin, l'étude du comportement a été obtenue par simulation d’un modèle réalisé par réseau de Pétri stochastique et T-temporisé. L'évolution stochastique se justifie par l’incertitude inhérente au micromonde, celle-ci est d'autant moins importante que s'accroit la connaissance et le savoir-faire dans une situation donnée. La temporisation permet de prendre en considération les durées relatives des reconfigurations ou réorganisations qui évoluent au gré des expérimentations. Dans le cadre d'une conception orientée objet, les modélisations sont établies au moyen du langage de modélisation graphique UML qui autorise une analyse syntaxique. Concernant les études menées avec le modèle mathématique discret de réseau de Pétri, l'outil de simulation utilisé est PACE - IBE Simulation Engineering Gmbh -. Ce logiciel permet une programmation conditionnant les transitions grâce au langage de programmation orienté objet, SMALLTALK, pour temporiser et rendre stochastique l'exécution du modèle. PACE comporte par ailleurs une interface graphique utilisateur souple et lisible. Les résultats de simulation sont ensuite analysés et mis en forme avec MATLAB. Ces résultats nous ont montré la pertinence de l'approche modulaire et du choix de décomposition mis en place pour assurer de bonnes performances à une cellule de micro-assemblage.

The works of this thesis register as part of the designing of the systems of production / assembly for micrometric size products, called micro-products. It is about products made of components of sub-millimetric size. It is therefore difficult or even impossible, on one hand, to notice them in the bare eye and, on the other hand, to manipulate them precisely either directly with fingers, or with a manual tool. FEMTO-ST, in its team SAMMI - Automated systems of micro handling and micro assembly – offers robotized solutions for handling and assembling these micro-products. These micro-robots are designed and built to take into account forces that are present at this scale and to use these forces at best for a precise handling. The integration of these micro-robots to establish production systems - we treat here the problem of micro-assembly - brought up the concept of micro-plant. We took an original view at an international level by offering a modularity at the level of the cells of production but also inside these cells. This modularity brings as well physical structures as order, control and supervision systems. We offer in this thesis to study the pertinence of this modular breakdown according to the production situations. We will specifically consider a situation where the changeable production requires reorganisation and I or reconfiguration of the system of production. This thesis is made of three sections. We established a structure of micro-factory and a command strategy for which we identified the priorities. We then formalized architecture of data. Finally, the behavioural study was obtained through simulation of a model accomplished by stochastic and T-timed Petri Net. Aleatory evolution clears itself by uncertainty inherent in the micro-world. This uncertainty becomes less important with the development of knowledge and expertise in a given situation. Time delay allows taking into consideration the duration of the reconfigurations or of the reorganizations that evolve during the experimentations. As part of an object-oriented design, modeling is established thanks to the language of UML graphic modeling, which allows a syntactic analysis. Regarding studies led with the discreet mathematical model of Petri Net. The simulation tool which is used is PACE - IBE Simulation Engineering Gmbh. This software allows a programming that conditions the transitions thanks to object-oriented programming language, SMALLTALK, to time delay and make the execution of the model aleatory. PACE includes also a graphic interface, which is user friendly. The simulation results are then analysed and shaped with MATLAB. These results showed us the pertinence of modular approach and choice of decomposition made to guaranty good performances for a cell of micro-assembly