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NOUS AVONS MONTRE DANS CE MEMOIRE QU'UNE APPROCHE DES SYSTEMES DE PRODUCTION PAR LES FONCTIONS ET LES OPERATIONS PERMET D'ALLER BEAUCOUP PLUS LOIN DANS LA SPECIFICATION DES CONTRAINTES DE FONCTIONNEMENT ET DE GESTION DES CONFIGURATIONS ET DES MODES DE FONCTIONNEMENT. NOUS AVONS PRESENTE LA PROBLEMATIQUE DE LA SUPERVISION ET DE LA GESTION DES MODES EN ETENDANT LES CONCEPTS DU GEMMA. EN EFFET IL NE S'AGIT PLUS DE GERER LA MARCHE ET L'ARRET D'UN SYSTEME AUTOMATISE DE PRODUCTION UNITAIRE MAIS DE GERER LES CONFIGURATIONS D'UN SYSTEME FLEXIBLE DE PRODUCTION COMPOSE ET COMPLEXE. LA DEMARCHE QUE NOUS PROPOSONS, DANS UN PREMIER TEMPS, PERMET DE CONSTRUIRE UN MODELE DU SYSTEME DE PRODUCTION, PAR UNE ANALYSE ASCENDANTE DES CONTRAINTES ET DES LIENS DE FONCTIONNEMENT ENTRE OPERATIONS. CETTE TECHNIQUE DE MODELISATION ABOUTIT, DE MANIERE SYSTEMATIQUE, A UN MODELE ARBORESCENT FONCTIONNEL DU SYSTEME DE PRODUCTION. CE MODELE MET EN EVIDENCE LES DIFFERENTS NIVEAUX DE COMMANDE DU SYSTEME FLEXIBLE DE PRODUCTION MANUFACTURIERE ET FAIT RESSORTIR LES PRINCIPES D'ORGANISATION ET DE CONDUITE DES INSTALLATIONS EN SPECIFIANT LEURS LIENS AVEC LES FONCTIONS. L'ORIGINALITE DE CETTE DEMARCHE RESIDE DANS LA POSSIBILITE D'INTEGRER TOUS LES COMPOSANTS D'UNE UNITE DE PRODUCTION. ELLE PERMET AUSSI DE TENIR COMPTE D'UNE MANIERE TRES SIMPLE DE L'AJOUT OU DE LA SUPPRESSION D'UN COMPOSANT. DANS UNE SECONDE DEMARCHE, NOUS AVONS MONTRE COMMENT L'EXPLOITATION DE LA MODELISATION PERMET DE GENERER UNE SPECIFICATION DE LA SUPERVISION DU SFPM. CETTE PHASE DE TRADUCTION EST BASEE SUR LA TRANSCRIPTION DIRECTE DES MODELES DU SFPM DANS UN LANGAGE SYNCHRONE GRAPHIQUE: ARGOS. LA TRADUCTION DE CES ARBORESCENCES SOUS FORME DE PROGRAMMES SYNCHRONES PERMET LA MISE A JOUR REACTIVE DE L'ETAT ET DE LA DISPONIBILITE DES COMPOSANTS DU SYSTEME DE PRODUCTION ET LA TRANSMISSION DES ORDRES DE RECONFIGURATION DE FACON ORIGINALE
Le travail presente s'interesse principalement au recouvrement des pannes materielles dans les sfpm. Cette fonction fait partie de la supervision et collabore avec les modules de surveillance, de gestion des modes et de pilotage afin d'elaborer une reaction lorsqu'une panne survient. Son role decisionnel consiste a determiner comment le systeme peut conserver un caractere operationnel malgre la presence d'une panne. Notre contribution est basee sur une demarche en deux temps, s'interessant a la conception puis a l'exploitation. La premiere partie concerne la tolerance aux pannes et vise a concevoir un sfpm dont la disponibilite reste elevee grace a l'analyse de sa flexibilite. L'approche originale se fonde sur la determination des elements critiques du systeme. Elle permet une analyse a priori des architectures de production et un classement par type. L'analyse de la tolerance participe ainsi a l'aide a la conception des architectures materielles. La seconde partie propose une procedure de reconfiguration qui determine, apres l'apparition d'une panne, la nouvelle configuration du sfpm (les ressources a arreter, celles a mettre en marche). La principale caracteristique est une reaction evolutive, fonction de la difficulte de mise en oeuvre et des imperatifs de production. L'approche est fondee sur une analyse de la capacite du systeme a realiser un type de production donne.
In the last decade, the production of mechanical components to be assembled in final products produced in high volumes (e.g. cars, mopeds, industrial vehicles, etc.) has undergone deep changes due to the overall modifications in the way companies compete. Companies must consider competitive factors such as short lead times, tight product tolerances, frequent market changes and cost reduction. Anyway, companies often have to define production objectives as trade-offs among these critical factors since it can be difficult to improve all of them. Even if system flexibility is often considered a fundamental requirement for firms, it is not always a desirable characteristic of a system because it requires relevant investment cost which can jeopardize the profitability of the firm. Dedicated systems are not able to adapt to changes of the product characteristics while flexible systems offer more flexibility than what is needed, thus increasing investment and operative costs. Production contexts characterized by mid to high demand volume of well identified families of products in continuous evolution do not require the highest level of flexibility; therefore, manufacturing system flexibility must be rationalized and it is necessary to find out the best trade-off between productivity and flexibility by designing manufacturing systems endowed with the right level of flexibility required by the production problem. This new class of production systems can be named Focused Flexibility Manufacturing Systems-FFMSs. The flexibility degree in FFMSs is related to their ability to cope with volume, mix and technological changes, and it must take into account both present and future changes. The required level of system flexibility impacts on the architecture of the system and the explicit design of flexibility often leads to hybrid systems, i.e. automated integrated systems in which parts can be processed by both general purpose and dedicated machines. This is a key issue of FFMSs and results from the matching of flexibility and productivity that respectively characterize FMSs and Dedicated Manufacturing Systems (DMSs). The market share of the EU in the machine tool sector is 44%; the introduction of focused flexibility would be particularly important for machine tool builders whose competitive advantage is based on the ability of customizing their systems on the basis of needs of their customers. In fact, even if current production contexts frequently present situations which would fit well with the FFMS approach, tradition and know-how of machine tool builders play a crucial role. Firms often agree with the focused flexibility vision, nevertheless they decide not to pay the risk and efforts related to the design of this new system architecture. This is due also to the lack of well-structured design approaches which can help machine tool builders to configure innovative systems. Therefore, the FFMS topic is studied through the book chapters following a shared mission: "To define methodologies and tools to design production systems with a minimum level of flexibility needed to face, during their lifecycle, the product and process evolution both in the technological and demand aspects. The goal is to find out the optimal trade-off between flexibility and productivity". The book framework follows the architecture which has been developed to address the FFMS Design problem. This architecture is both broad and detailed, since it pays attention to all the relevant levels in a firm hierarchy which are involved in the system design. Moreover, the architecture is innovative because it models both the point of view of the machine tool builder and the point of view of the system user. The architecture starts analyzing Manufacturing Strategy issues and generating the possible demand scenario to be faced. Technological aspects play a key role while solving process plan problems for the products in the part family. Strategic and technological data becomes input when a machine tool builder performs system configuration. The resulting system configurations are possible solutions that a system user considers when planning its system capacity. All the steps of the architecture are deeply studied, developing methods and tools to address each subproblem. Particular attention is paid to the methodologies adopted to face the different subproblems: mathematical programming, stochastic programming, simulation techniques and inverse kinematics have been used. The whole architecture provides a general approach to implement the right degree of flexibility and it allows to study how different aspects and decisions taken in a firm impact on each other. The work presented in the book is innovative because it gives links among different research fields, such as Manufacturing Strategy, Process Plan, System Design, Capacity Planning and Performance Evaluation; moreover, it helps to formalize and rationalize a critical area such as manufacturing system flexibility. The addressed problem is relevant at an academic level but, also, at an industrial level. A great deal of industrial sectors need to address the problem of designing systems with the right degree of flexibility; for instance, automotive, white goods, electrical and electronic goods industries, etc. Attention to industrial issues is confirmed by empirical studies and real case analyses which are presented within the book chapters.
Parmi les problèmes liés à l’exploitation des systèmes production, la difficulté réside dans la gestion de leurs modes tout en garantissant leur compatibilité et leur cohérence. Le but de notre recherche consiste à contribuer à la modélisation et la vérification et validation (V&V) pour la gestion des modes. Le système de contrôle commande (C-C) des systèmes flexibles de production manufacturière (SFPM) développé dans le cadre du projet caspaim nous a servi comme cadre privilégié pour mener notre travail. Dans la démarche de modélisation que nous proposons, le modèle fonctionnel représente l’ensemble des flexibilites de production d’un SFPM. Il est générique et basé sur le concept de réutilisation. Les spécifications relatives au comportement des entités de ce modèle écrites en synccharts permettent de fournir des mécanismes formels de vérification assurant le déterminisme et la sûreté de fonctionnement. Dans la suite de la démarche de conception proposée, nous avons étudié et formalisé la mise en œuvre de la V&V des propriétés du modèle établi. Un cadre formel sur la V&V d’une spécification écrite en synccharts est proposé. Les propriétés recherchées sont formalisées dans le cadre général relatif aux systèmes réactifs des processus de C-C et d’autre part dans le cadre particulier du modèle de gestion des modes des SFPM. Les propriétés génériques et les propriétés spécifiques au système modélisé sont présentées et illustrées. Les outils de spécification et d’analyse formelle des synccharts intégrés à l’environnement esterel studio sont utilisés tout au long de notre démarche. L’étude est illustrée autour d’un exemple d’une cellule flexible de production manufacturière.
Le travail présenté dans ce mémoire a pour objet la surveillance en ligne des systèmes flexibles de l'industrie manufacturière. Le rôle d'une telle fonction est d'assurer la sécurité et la disponibilité des biens et équipements, afin de permettre le maintien d'une production adaptable et évolutive (flexibilité). Pour répondre à ces objectifs, il est nécessaire de pouvoir identifier et confiner les défaillances en temps réel. L'approche proposée concerne la conception d'un système de diagnostic temps réel. Pour faire face à cette contrainte et à la nécessité de complétude, le modèle de connaissance est construit à partir du modèle fonctionnel du procédé. Sur ce modèle baptisé GF (Graphe Fonctionnel), deux formes de raisonnement sont mises en œuvre: le raisonnement temporel et le raisonnement hypothétique. Ces raisonnements permettent d'implémenter les mécanismes de base du diagnostic et du confinement de défaillance, à savoir: la localisation, l'identification et le pronostic. En amont, du diagnostic, nous avons proposé une méthode de conception de la fonction détection basée sur l'utilisation conjointe des techniques de perception-filtrage et de classification des symptômes. En aval, dans le cadre du recouvrement, nous proposons une structuration en couches de la commande, permettant d'intégrer la gestion des modes de marches à la fonction pilotage
Ce travail présente une nouvelle approche contribuant à l'optimisation de la maintenance dans les Systèmes Flexibles de Production Manufacturière (SFPM). Le niveau actuel d'automatisation des SFPM et leurs contraintes de production imposent à la maintenance d'être mieux organisée et de s'appuyer sur des stratégies permettant de garantir la disponibilité et la qualité du service des ressources de production. Le problème qui se pose est alors de définir une politique de maintenance qui sache répondre aux exigences de la production. Notre contribution a porté sur deux thèmes : la structuration de la fonction maintenance et la définition d'une stratégie de maintenance préventive basée sur la surveillance prédictive indirecte. La structuration de la maintenance a pour objectif d'identifier l'ensemble des fonctions de la maintenance. Nous avons ainsi montré l'intérêt d'orienter la maintenance vers une approche en ligne qui permet de prendre en compte l'évolution du système et de participer aux prises de décisions en temps réel. Dans une seconde phase, nous proposons de mettre en place une stratégie de maintenance prédictive par une approche de surveillance prédictive. Le principe de la surveillance prédictive indirecte est de caractériser le comportement d'une ressource à partir de son flux de production. Les politiques de maintenance classiques prennent en compte les défaillances catalectiques par une surveillance dite curative, et les défaillances progressives par une surveillance prédictive directe qui consiste à placer des capteurs sur les éléments critiques du système, et à suivre leur état à partir de paramètres significatifs de leur dégradation. Cette méthode de surveillance est facile à mettre en oeuvre sur des équipements unitaires. Elle est plus difficile à appliquer à un système car non intégrée en phase de conception et coûteuse. L'objectif est donc de prendre en compte les défaillances progressives par une approche globale de surveillance. Cette approche permettrait de répondre à l'acuité des contraintes de production par une politique de maintenance plus proche de la production, sur la base d'un repère commun d'interprétation de l'impact d'une défaillance sur le système.
Dans ce mémoire, on étudie le problème de la gestion de systèmes de production sujets à pannes. Les approches utilisant une structure de commande hiérarchisée font apparaitre les niveaux planification et ordonnancement, mais elles prennent rarement en compte les pannes des le niveau de la planification. Nous proposons une nouvelle approche basée sur une structure de commande hiérarchisée utilisant un modèle à flux pour la partie planification et une méthode de recherche par faisceaux pour la partie ordonnancement. Le modèle a flux propose permet d'intégrer les pannes des l'équation d'évolution par l'utilisation de sauts markoviens décrivant l'évolution du système entre ses différents états possibles. On associe alors une fonction cout quadratique exprimant différents couts (de stockage, de production) et en partie les contraintes de capacités du système. La résolution du problème de commande optimale ainsi obtenu conduit a un ensemble d'équations matricielles couplées de type Riccati. Nous donnons alors une condition nécessaire et suffisante pour l'existence d'une solution. Nous proposons aussi un algorithme de résolution permettant d'obtenir les taux de production optimaux pour chaque type de produits dans tous les modes du systeme. Le combinatoire pour la production de pièces sur un systeme flexible pouvant devenir exagéré, nous introduisons un concept de filières permettant de réduire la taille du problème tout en conservant une relative flexibilité pour son fonctionnement. L'ordonnancement de la production sur des systemes de ce type nécessite une réaction rapide, c'est pourquoi nous proposons un ordonnancement temps réel base sur une recherche par faisceaux permettant de suivre au mieux les taux calcules par le niveau planification. Pour valider notre approche, une maquette informatique écrite en langage c a été développée et permet de simuler l'évolution d'un système de production. Deux exemples de systèmes sont traités, l'un compose de 9 machines avec 6 produits et l'autre de 6 machines et 3 produits.