Reconfiguration temps réel des systèmes de contrôle/commande à base d'Evénements Discrets dans l'industrie du futur

par Alexandre Parant

Projet de thèse en ATS - Automatique et Traitement de Signal

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences du Numérique et de lu2019Ingénieur , en partenariat avec CRESTIC - Centre de Recherches en STIC (laboratoire) et de Equipe ATS-CRESTIC (equipe de recherche) depuis le 30-09-2019 .


  • Résumé

    Ce projet s'intègre dans la politique industrielle française et mondiale autour de l'Usine du Futur. Cette politique vise à mettre en place des usines dites « intelligentes » capables d'une plus grande adaptabilité dans la production et d'une allocation plus efficace des ressources. Dans ce contexte de développement des produits et de la production, les maîtres mots des industriels sont plus que jamais la réduction des coûts et des délais, l'amélioration de la qualité de fabrication, et la disponibilité des équipements au sein de l'entreprise. On parle d'usine du futur ou d'industrie 4.0 dans le sens où tout devient connectable, simulable, flexible et donc reconfigurable. L'objectif de ce projet est de proposer une approche de reconfiguration en temps réel des systèmes de contrôle/commande à base d'Evénements Discrets (SED). Cette reconfiguration doit permettre à partir d'un état des lieux de la situation et du matériel encore disponible, de continuer la production tout en garantissant la sécurité des biens et des personnes. Le souhait est de rendre le système plus flexible dans le cadre d'une approche de reconfiguration non plus suite à une défaillance de la partie opérative mais suite à une demande de changement des spécifications du cahier des charges. En effet, l'industrie du futur doit permettre la personnalisation de la production sans pour autant passer par des phases de (re)conception de commande en fonction de la partie opérative disponible, tout en garantissant la sûreté de fonctionnement. Dans ce cadre, un des problèmes de la reconfiguration est d'être capable de choisir le bon mode de fonctionnement futur du système tout en considérant le mode de fonctionnement actuel et l'état du système. En spécifiant des règles de reconfiguration sous forme de contraintes logiques, un filtre logique de reconfiguration pourrait fournir le(s) mode(s) de fonctionnement adapté(s) à l'état actuel du système en respectant les différentes règles. L'utilisation d'un filtre logique a fait l'objet de nombreux travaux au sein du laboratoire mais l'objectif poursuivi était un objectif de sécurisation du contrôle-commande. En se plaçant dans le contexte de la reconfiguration, les avantages de l'approche par filtre par rapport aux approches classiques à base d'automates à états ou de Réseaux de Petri seraient les suivantes : • Modélisation des règles d'exclusivité entre différents modes de fonctionnement : cette modélisation est complexe à traduire avec les modèles à états finis. Dans l'approche par filtre, nous avons défini les contraintes combinées qui permettent aisément de modéliser les règles d'exclusivité. • Connaissance de l'état initial du système : dans un modèle à états, il est indispensable de connaitre l'état initial. Le bon fonctionnement du filtre n'est que peu influencé par l'état initial du système. En effet, la seule restriction est que l'état initial respecte les contraintes. Dès lors, même suite à une réinitialisation du contrôleur ou à un changement de configuration, le filtre reste opérationnel. • Ajout ou suppression de règles de reconfiguration : la modélisation dans les modèles à états doit être revue ce qui peut s'avérer couteux en termes de temps de développement et donc peu réactif. Pour l'approche par filtre, il suffit d'ajouter ou de retirer une contrainte à l'ensemble et de générer le filtre automatiquement. Les participants de l'équipe CDSED à ce projet sont notamment fortement impliqués dans la gestion du plateau technique CellFlex 4.0 qui servira de support applicatif au projet de thèse proposé. Celui-ci regroupe entre autres un atelier flexible automatisé et prochainement un jumeau numérique qui sera acquis au travers des financements du projet CPER 2018-2020 nommé FFCA (Factories of Futur Champagne-Ardenne). Cette plateforme permet de mettre en œuvre et d'illustrer les différents flux d'informations et de produits circulant au sein d'une entreprise industrielle moderne. Ce sujet de recherche s'inscrit dans le Thème Transversal « Industrie 4.0 » du CReSTIC. De plus, il s'inscrit dans la politique de l'établissement de faire de l'industrie du futur une thématique émergente de l'Université de Reims Champagne-Ardenne.

  • Titre traduit

    Real-time reconfiguration approach for control/command systems based on Discrete Event Systems in the Factory of the Future


  • Résumé

    This project is included in the French and global industrial policy around the Factory of the Future. This policy aims to establish 'smart' factories able of higher production adaptability and more efficient resources allocation. In this context of product and production development, the keywords of industrials are the costs and deadlines reduction, the improvement of manufacturing quality, and the availability of equipment within the companies. We talk about the factory of the future or industry 4.0 in the sense that everything becomes connectable, flexible and therefore reconfigured. The objective of this project is to propose a real-time reconfiguration approach for control/command systems based on Discrete Events Systems (SED). Such reconfiguration should make the system able to continue production while guaranteeing the safety of goods and people upon the context and the available equipment. The required system flexibility involves the adoption of an approach where reconfigurations are no longer following a failure of the operational part but following a request from the change of specifications. Indeed, the industry of the future must allow the personalization of production without going through phases of (re)design of control according to the available operational part, while guaranteeing operational safety. In this context, one of the problems of reconfiguration is the choice of the right future operating mode of the system while considering the current operating mode and the state of the system. By specifying reconfiguration rules as logical constraints, a logical reconfiguration filter could provide the operating mode(s) adapted to the current state of the system by respecting the different rules. The use of a logic filter has been the subject of much work in the laboratory, but the objective was to secure the control command. In the context of reconfiguration, the advantages of the filter approach over the conventional state machine or Petri-net approaches would be as follows • Modelling of exclusivity rules between different operating modes: this modelling is complex to translate with finite state models. In the filter approach, we have defined the combined constraints that easily allow us to model the exclusivity rules • Knowledge of the initial state of the system: in a state model, it is essential to know the initial state. The proper functioning of the filter is only slightly influenced by the initial state of the system. Indeed, the only restriction is that the initial state respects the constraints. Therefore, even after a controller reset or configuration change, the filter remains operational. • Adding or removing reconfiguration rules: modelling in state-based models must be reviewed, which can be costly in terms of development time and therefore not very responsive. For the filter approach, simply add or remove a constraint to the set and generate the filter automatically. The participants of the CDSED team in this project are strongly involved in the management of the CellFlex 4.0 technical platform which will serve as application support for the proposed thesis project (http://www.univ-reims.fr/meserp/cellflex-4.0/cellflex-4.0,9503,27026.html). This includes a flexible automated workshop and soon a digital twin that will be acquired through funding from the CPER 2018-2020 project called FFCA (Factories of Future Champagne-Ardenne). This platform makes it possible to implement and illustrate the different flows of the information and the products circulating within a modern industrial company. This research topic is part of CReSTIC's Cross-Cutting Theme 'Industry 4.0. In addition, it is part of the institution's policy to make the industry of the future an emerging theme at the University of Reims Champagne-Ardenne.